对亚克力轻量化节能设计的相关分析

呼胜利　吴布衣　袁芳

摘 要：结合“双创”的背景，本文围绕改性亚克力车窗创业项目，对亚克力轻量化节能设计的相关问题展开了分析，提出了轻量化节能设计方案，并确认了材料的节能设计效果，然后对材料的轻量化应用进行了探讨，从而为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：亚克力 轻量化 车窗

引 言

在大众创业，万众创新的社会发展背景下，各行各业都在积极开展创业项目。亚克力作为继陶瓷、钢具、玻璃后的一大使用材料，为有机合成塑料材料，具有轻质化特点，在多个行业得到了广泛应用。但在新能源汽车发展领域，尽管全塑亚克力车窗产品拥有广阔市场，却因为国内在高级改性塑料方面的研究存在空白而无法实现批量生产。因此，设立改性亚克力车窗创业项目，实现亚克力轻量化节能设计，可以较好的满足汽车行业创新发展需求。

1项目概况

采用无机玻璃车窗，尽管可以满足光学性能、日光照射和耐磨性等方面的要求，但是却存在过于沉重的缺陷，无法满足新能源汽车的轻量化节能发展需求。采用改性亚克力材料，可以实现轻量化车窗的生产，通过减轻汽车重量达到汽车节能减排目标。相较于无机玻璃车窗，改性亚克力车窗具有质量轻的显著优势，质量仅为无机玻璃车窗的一半，可以减轻汽车重量，实现节能减排目标。使用该种车窗，可以使汽车重心得到降低汽车，提高汽车的灵活性和稳定性。经过改性后，亚克力的韧性则能提高30多倍，满足汽车车窗强度标准，具有较强安全性。在透光性方面，无机玻璃透光率仅能达到80%，亚克力车窗则能达到93%。此外，亚克力材料具有较好的隔音和保温效果，十分环保，可重复循环利用，因此可以实现资源的节约。

2亚克力轻量化节能设计分析

2.1材料改性方案

实际进行材料轻量化节能设计时，需要采用乳液聚合方法进行PB-g-PMMA的合成，然后将其作为聚甲基丙烯酸甲酯增韧剂，加入聚偏氟乙烯实现搅拌共混得到新型的改性材料。在PB-g-PMMA的合成阶段，考虑到纯PMMA树脂缺口冲击强度只有10J/m，需要增强韧性，所以需要进行PB-g-PMMA粒子的制备，以用作增韧剂。在反应温度为70℃条件下，在三口烧瓶中加入去离子水、焦磷酸钠、葡萄糖、硫酸亚铁、聚丁二烯胶乳、氢氧化钾、异丙苯过氧化氢，然后通入氮气，在反应釜中进行配置的MMA和CHP单体的滴加。直至3h左右，可完成滴加。在这一过程中，需要使蠕动泵保持300r/min转速。1 h后，添加60ml抗氧剂。0.5 h后，将反应液取出，利用温度为65℃的硫酸镁溶液进行破乳，过滤后则能得到PB-g-PMMA接枝共聚物。放入60℃鼓风干燥箱中干燥，可以获得到粉料。在得到的PB-g-PMMA中，PB和PMMA含量分别为80%和20%。

在共混物制备阶段，引入20%的PB-g-PMMA后，PMMA缺口冲击强度可以提高至30J/m。韧性只提高2倍，使得材料依然会发生脆性断裂。为使材料韧性得到提高，需要引入PVDF调控机体，得到PMMA共混物。为确定加料比例，将不同含量PDVF混合，并开展力学测试。从测试结果来看，在PVDF质量分数达40%时，缺口冲击强度最大，达305J/m，为纯PMMA树脂的30倍，基体发生韧性断裂，PMMA树脂的增韧效率得到了显著提高。而共混物的屈服强度则随之降低，容易发生屈服和韧性断裂。结合测试结果，可以在密炼机中，将烘干的质量分数为40%的PMMA和40%的PVDF、20%的PB-g-PMMA粉料混合，温度控制在220℃，转速达60r/min，3min后可结束混合。最后，将混合物注入硫化浇筑模型，然后冷却2min，可得到成型材料。

2.2节能设计效果

从节能设计效果来看，采用改性材料制造的车窗重量可以减轻50%。按照汽车工业协会等单位联合搜集得到的数据，国内车辆平均油耗达6.3L/100km，年均行程平均2.5万公里，汽车年销售量约3196万辆。平均家用车车重1200kg，包含前挡风车窗、后挡风车窗、两侧车窗及天窗总重约60kg。采用改性亚克力材料，约降重30kg，节重比达2.5%。汽车每降重1%，油耗将会降低0.6%-1%。通过计算，可以得到平均单辆车年节约油耗在23.625L-39.375L之间。如果新销售车辆全部应用该种车窗，下一年可以节约7.55×108-1.258×109升成品油。在汽车尾气排放方面，可减少7.55×109-1.258×1010m?废气，二氧化碳排放量可减少1.21578×1010-2.0263×1010kg[1]。所以采用改性亚克力，不仅可以节约能源，也能减少环境污染。而该种材料可以实现重复循环利用，所以能够实现资源的节约。因此通过分析可以发现，采用新材料能够使汽车车窗得到革命性革新。

2.3轻量化应用

结合改性亚克力材料的特性可知，该种材料可以在新能源汽车和一般机动车上得到应用，达到节能减排的目的。对于新能源汽车来讲，则能通过实现车身轻量化提高汽车行程，为新能源汽车的推广应用提供助力。由于该种车窗耐候性强，使用寿命长，并且隔音和保温效果好，所以可以尝试在地鐵、火车等民用交通领域推广应用。通过在车窗上覆盖聚硅氧烷纳米复合涂层，则能增强材料抗腐蚀和抗氧化性，避免材料老化，同时也能使材料光泽度更高，使车窗更加透亮，继而使车辆舒适度得到提高。经过改性后，材料共混体系中引入了聚偏氟乙烯调控基体，其不仅具有较高链缠结密度，同时也能与PMMA较好相容，所以可以使材料以剪切屈服方式发生断裂，因而不仅韧性更强，并且破碎后不会形成尖锐碎片，可以增强车窗的安全性。该种材料可塑性强，也能根据汽车要求完成不同弧度的车窗的制作，达到降低空气阻力和增强车辆美观性的目标[2]。此外，在其他领域，如仪器仪表、发光广告墙、高速公路隔音墙等方面，也都可以利用改性亚克力材料进行有机玻璃、原晶状体等材料替代，从而达到更高的性能要求。

结 论

新能源汽车作为汽车行业未来发展方向，需要实现轻量化以减少单位能耗，解决该类汽车短期内单次充能行程有限的问题。而采用改性亚克力车窗，可以满足汽车轻量化节能设计要求，成为国家推动节能减排的有效举措。因此相信在未来发展中，改性亚克力材料将在更多领域得到应用，为人类解决能源环境问题提供新的途径。

参考文献：

[1] 陈海霞.亚克力有机玻璃生产[J].绿色环保建材，2017（03）：3.

[2] 张娜.聚碳酸酯（PC）在轻量化车窗上的应用[J].汽车工艺与材料，2014（09）：69-72.

项目基金：大学生创新创业训练计划资助。