汽車內飾件模外裝飾用PMMA的力學性能*

徐　衡

（江西科技學院，南昌 330098）

汽車內飾件模外裝飾用PMMA的力學性能*

徐衡

（江西科技學院，南昌 330098）

為研究汽車內飾件模外裝飾材料聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的力學性能，對PMMA膜材分別在2.5 mm /min （0.001 667 s-1），5 mm/min （0.003 333 s-1）和10 mm/min （0.006 667 s-1）不同拉伸速率下進行高溫［90℃（363 K），105℃（378 K）和115℃（388 K）］單向拉伸實驗，得到了不同條件下的應力-應變曲線。實驗結果表明，當加熱溫度相同時，隨著應變速率的增大，PMMA的應力、延伸率和屈服應力也逐漸提升。當應變速率一致時，其屈服強度與應力隨著溫度的升高而逐漸變小。

汽車模外裝飾；聚甲基丙烯酸甲酯；力學性能；拉伸實驗

模外裝飾工藝是模內裝飾工藝的延伸，其原理是將熱塑性薄膜裁成一定尺寸加熱軟化后，采用真空高壓技術使其變形后覆貼在基材輪廓面上［1-4］。模外裝飾工藝具有傳統(tǒng)裝飾沒有的優(yōu)勢，模外裝飾工藝可以對任何材質的外殼進行表面貼膜裝飾，其應用范圍極為廣泛，包括家電產(chǎn)品的控制裝飾面板、電子產(chǎn)品的裝飾面殼、汽車裝飾件的外殼和汽車標志等。薄膜的力學特性會影響模外裝飾工藝的質量，而溫度和應變速率對其力學特性影響較大［5-7］。

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜是一種硬而高度透明的塑料薄膜，可以透過可見光為92%，紫外光為73%，密度約為1.17 g/cm3，導熱系數(shù)約為0.209 W/（m·K），比熱容為2 344 J/（kg·K），玻璃化轉變溫度（Tg）約為104℃［10-11］。PMMA薄膜具有良好的綜合力學性能，其力學強度特性非常強，如果在低于Tg的環(huán)境下進行定向拉伸，則可增強抗沖擊特性，同時它具有一定的耐候性。在-50～-60℃和100℃溫度附近，其抗沖擊特性保持不變，而且具有耐稀酸、稀堿等特性，適用于熱壓成型工藝，所以PMMA薄膜是比較優(yōu)良的汽車內飾件模外裝飾基材。程軍等［8］通過對PMMA研究，結果表明其在常溫下表現(xiàn)為典型的脆性特性，在凍結溫度下表現(xiàn)出塑性特性。Chen Wei等［9］的研究結果表明PMMA在動態(tài)拉伸下的屈服強度小于動態(tài)壓縮的屈服強度。筆者通過對PMMA進行高溫單向拉伸實驗，獲取相應條件下的應力-應變曲線，以此研究PMMA在不同溫度和速率下的力學性能。

1 　實驗部分

1.1 主要原材料

PMMA薄膜：廣東省東莞市浩銘塑料有限公司。

1.2 主要設備及儀器

電子萬能試驗機：AG-X型，測量范圍：0～300 kN，精度0.5級，最大負荷300 kN，日本島津公司。

根據(jù)塑料拉伸性能實驗方法標準GB/T 1040.1-2006測試［12-14］，拉伸標準試樣的尺寸如圖1所示，采用激光切割方法對2 mm的透明PMMA膜材進行加工處理。

1.3 實驗方法

拉伸實驗在電子萬能試驗機完成。由于本實驗是高溫拉伸實驗，需對PMMA膜材進行加熱處理，因此使用了高溫爐及其溫度控制器。高溫爐能夠保證爐內的溫度在設定范圍之內，溫度控制器中可以設置高溫爐上、中、下位置的溫度。采用TRAPEZIUM X軟件設置實驗方法（樣品尺寸、拉伸速率等），它可以記錄整個實驗過程的數(shù)據(jù)，并且可以進行數(shù)據(jù)處理，實驗時設置應力和應變?yōu)檩敵鰯?shù)據(jù)。

PMMA膜材厚度為2 mm，將電子萬能試驗機的拉伸速率分別設定為2.5 mm/min（0.001 667 s-1），5 mm/min （0.003 333 s-1）和10 mm/min （0.006 667 s-1），將溫度分別設為90℃（363 K），105℃（378 K）和115℃（388 K）。

2 　結果分析

2.1 實物拉伸分析

按照上述方法分別對PMMA膜材進行不同拉伸速率和不同溫度的單向拉伸實驗，膜材被拉斷之后，試驗機自動停止工作，TRAPEZIUM X軟件記錄了整個實驗過程的應力-應變數(shù)據(jù)。圖1～圖3分別是在溫度90℃（363 K）、105℃（378 K）和115℃（388 K）時不同拉伸速率實驗后拉伸試樣的實物圖。由圖1～圖3可知，PMMA在不同溫度和不同拉伸速率下，其拉伸長度和斷裂位置各不一樣，由此說明溫度和應變速率對PMMA的力學性能都有較大影響。

圖1 90℃時不同拉伸速率下拉伸試樣實物圖

圖2 105℃時不同拉伸速率下拉伸試樣實物圖

圖3 115℃時不同拉伸速率下拉伸試樣實物圖

2.2 不同溫度的影響分析

圖4～圖6分別是拉伸速率為0.001 667，0.003 333，0.006 667 s-1時PMMA膜材的應力-應變曲線。

圖5 拉伸速率為0.003 333 s-1時PMMA膜材的應力-應變曲線

圖6 拉伸速率為0.006 667 s-1時PMMA膜材的應力-應變曲線

由圖4～圖6可知，當加熱溫度至363 K，PMMA膜材會呈現(xiàn)比較明顯軟化和硬化，其屈服強度較高，膜材斷裂時其應變均偏小。當加熱溫度至378 K，PMMA膜材的應變軟化現(xiàn)象顯著減緩，其硬化現(xiàn)象也隨之減弱，同樣屈服強度也顯著降低，膜材斷裂其應變偏大。當加熱溫度至388 K，PMMA膜材應變軟化現(xiàn)象基本消失，其應變硬化隨之減弱，PMMA膜材的拉伸比隨溫度的升高而增大。

由圖4～圖6可知，當溫度低于PMMA的Tg（104℃）時，其具有明顯的屈服和應變軟化現(xiàn)象。當溫度高于其Tg時，其屈服和應變軟化性質明顯減弱。由圖4可知，當應變速率為0.001 667 s-1時，363 K和378 K下PMMA的屈服強度分別為22.1 MPa，4.6 MPa。由圖5可知，當應變速率為0.003 333 s-1時，363K和378K下PMMA的屈服強度分別為30.1 MPa，8.6 MPa。由圖6可知，當應變速率為0.006 667 s-1時，363K和378K下PMMA的屈服強度分別為37.6 MPa，13.5 MPa。當溫度為388K時，PMMA的屈服強度都近似等于零。與此同時可知，隨著溫度的逐漸升高，PMMA斷裂時的應變也越來越大。由圖4可知，當溫度為363K、應變速率為0.001 667 s-1時，PMMA斷裂時的應變?yōu)?.46。由圖5可知，當溫度為378K、應變速率為0.003 333 s-1時，PMMA斷裂時的應變?yōu)?.83。由圖6可知，當溫度為388K、應變速率為0.006 667 s-1時，PMMA斷裂時的應變?yōu)?.04。

2.3 不同應變速率的影響分析

圖7～圖9分別為加熱溫度為363，378，388 K時PMMA膜材的應力-應變曲線。由圖7～圖9可知，當加熱溫度至363 K，PMMA隨著應變速率的提升，其屈服應力逐漸提高。當加熱至378 K，隨著應變速率的增大，PMMA屈服應力逐漸增大，其拉伸比也逐漸增大，其軟化現(xiàn)象隨之減小。當加熱至388 K，PMMA基本不出現(xiàn)屈服和軟化現(xiàn)象，并隨著溫度增高，其應變和拉伸比也隨之增大。

圖7　 溫度為363K時PMMA膜材的應力-應變曲線

圖8　 溫度為378K時PMMA膜材的應力-應變曲線

圖9　 溫度為388K時PMMA膜材的應力-應變曲線

通過以上分析可知，在同一溫度下，隨著應變速率的增大，PMMA膜材的屈服強度也隨之增大。在同一溫度下，隨著應變速率的增大，PMMA膜材斷裂時的應變逐漸減小。

3 　結論

PMMA薄膜是一種優(yōu)良的汽車內飾件模外裝飾材料，在高溫時的力學性能與溫度和應變速率關系密切。通過對PMMA膜材進行不同溫度和不同應變速率的單向拉伸實驗，獲得了相應的應力-應變曲線。實驗結果表明，當溫度低于PMMA的Tg（104℃）時，其具有明顯的屈服和應變軟化現(xiàn)象。當溫度高于其Tg時，其屈服和應變軟化性質明顯減弱。當應變速率一致時，PMMA膜材的應力軟化和硬化現(xiàn)象隨溫度的提升而逐漸減緩，其屈服應力隨之變小。當加熱溫度一致時，PMMA膜材的屈服應力隨著應變速率的逐漸升高而逐漸增大。

［1］ 李志剛，賈慧芳，李剛.基于模外裝飾的鼠標貼膜仿真及其工藝參數(shù)優(yōu)化［J］.中國塑料，2014，28（1）：88-92. Li Zhigang，Jia Huifang，Li Gang. Simulation of film posting of mouse base on out-side molod decoration and its optimization of process parameters［J］. China Plastics，2014，28（1）：88-92.

［2］ 李志剛，賈慧芳，李剛，等.基于模外裝飾的筆記本貼膜仿真及其工藝參數(shù)優(yōu)化［J］.塑料工業(yè)，2013，41（10）：32-36. Li Zhigang，Jia Huifang，Li Gang，et al. Simulation of film posting of computer base on out-side molod decoration and its optimization of process parameters［J］. China Plastics Industry，2013，41（10）：32-36.

［3］ 羅理輝，羅強，李剛，等.模外裝飾設備主體機構系統(tǒng)設計［J］中國塑料，2014，28（9）：89-93. Luo Lihui，Luo Qiang，Li Gang，et al. Asystem design of the main body of the outsid mode decoration equipment［J］. China Plastics，2014，28（1）：89-93.

［4］ 李志剛，賈慧芳，李剛，等.鼠標外殼模外裝飾貼膜技術工藝參數(shù)分析［J］.工程塑料應用，2013，41（10）：32-36. Li Zhigang，Jia Huifang，Li Gang，et al. Analysis of process parameters in mouse shell film pasting based on outside molddecoration［J］. Engineering Plastics Application，2013，41（10）：32-36.

［5］ 陳松茂，阮鋒，蔡考群.模內鑲件注塑膜片材料力學性能研究［J］.現(xiàn)代制造工程，2009（5）：79-82. Chen Songmao，Ruan Feng，Cai Kaoqun. Mechanical behaviours of in-mould decoration films［J］. Modern Manufacturing Engineering，2009（5）：79-82.

［6］ 陳松茂，阮鋒，蔡考群.模內鑲件注塑膜片的粘彈性本構模型［J］.華南理工大學學報：自然科學版，2009，37（8）：24-28. Chen Songmao，Ruan Feng，Cai Kaoqun. Viscoelastic constitutive model of in-mould decoration films［J］. Journal of South China University of Technology： Natural Science Edition，2009，37（8）：24-28.

［7］ 侯珍秀，李玉梅，張楠，等.聚碳酸酯膜材中、低溫本構模型的建立［J］.哈爾濱工業(yè)大學學報，2013，45（11）：38-44. Hou Zhenxiu，Li Yumei，Zhang Nan，et al. The establishment of the constitutive equation of polycarbonate at low and medium temperature ［J］. Journal of Harbin Institute of Technology，2013，45（11）：38-44.

［8］ 程軍，林治平.用有機玻璃的記憶性研究塑性變形的應變分布［J］.機械強度，2010，22（2）：1-3. Chen Jun，Lin Zhiping. Plastic strain distribution analysed by memory of PMMA［J］. Journal of Mechanical Strength，2010，22（2）：1-3.

［9］ Chen Wei，Lu Fang，Cheng Ming. Tension and cmpression tests of two polymers under quasi-static an dynamic loading［J］. Polymer Testing，2002（21）：113-121.

［10］ 吳衡毅，馬鋼，夏源明. PMMA低、中應變率單向拉伸力學性能的實驗研究［J］.實驗力學，2009，20（5）：193-199. Wu Hengyi，Ma Gang，Xia Yuanming. Experimental study on mechanical properties of PMMA under unidirectional tensile at low and intermediate strain rates［J］. Journal of Experimental Mechanics，2009，20（5）：193-199.

［11］ 陳松茂. IMD膜片力學性能及拉脹復合熱壓成形研究［D］.廣州：華南理工大學，2008. Chen Songmao. Research on IMD films mechanical properties and pre-drawing and air-bulging thermoforming［D］. Guangzhou： South China University of Technology，2008.

［12］ 韓志仁，劉躍專，孫偉.不同溫度和應變率下PMMA拉伸性能［J］.遼寧工程技術大學學報：自然科學版，2009，28（6）：999-1 002. Han Zhiren，Liu Yuezhuan，Sun Wei. Mechanical behavior of PMMA under different temperatures and strain rates［J］. Journal of Liaoning Technical University： Natural Science，2009，28（6）：999-1 002.

［13］ 鄧云飛.PC和PMMA兩種高分子材料拉伸試驗和數(shù)值模擬研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2011. Deng Yunfei. Tensile test and numerical simulation research on PC and PMMA two kinds of polymer materials［D］. Harbin： Harbin Institute of Technology，2011.

［14］ 李玉梅.聚碳酸酯膜材本構方程建立的實驗及數(shù)值模擬研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2011. Li Yumei. Experimental and numerical simulation resaerch on establishing constitutive equation of polycarbonate sheet［D］. Harbin： Harbin Institute of Technology，2011.

德國塑料工業(yè)上半年發(fā)展勢頭超過預期

2016年上半年德國塑料工業(yè)發(fā)展超過預期。據(jù)德國KI（Kunststoff Information）的調查顯示，在接受訪問的公司中，有51%公司業(yè)績與去年下半年相比取得增長。

調查在6月訪問了來自德語地區(qū)的495家塑料行業(yè)公司：加工（53%）、分銷和配料（11%）、材料供應（7%）、機械（4%）以及其它。當被問及與2015年下半年比較，51%的受訪公司表示，2016年上半年業(yè)績更好，34%表示差不多，只有15%表示業(yè)績比較差。對于2016年下半年業(yè)績展望，46%的受訪公司預計會和上半年差不多，預計結果會更好和更差的所占比例分別為37%和17%。就行業(yè)而言，塑料消費產(chǎn)品的制造商對于2016年下半年持較強樂觀態(tài)度，三分之二的受訪公司預計會有相對增長。相反，加工行業(yè)內保持樂觀所占比不到40%。與此同時，66%的受訪公司預計其中短期投資計劃不變，19%的受訪公司會增加投資。

此外，對中國塑料工業(yè)的看法，根據(jù)調查，39%的受訪公司表示在中國進行采購，另有4%表示正準備這樣做，而27%的德國塑料行業(yè)公司也在中國制造產(chǎn)品。

至于在中國開展活動的戰(zhàn)略意義，比較多的材料供應商和機械制造商表示，中國是重要或極為重要的市場。對于中國公司在德國和歐盟國家的收購和直接投資活動越來越活躍，根據(jù)調查，有一半的受訪公司認為這是一個負面趨勢，僅有5%的受訪公司認為這是一個積極的信號。45%對此保持中立或者無看法。絕大多數(shù)受訪者普遍擔憂這種趨勢造成技術“拋售”的威脅（占70%）。另一個反應是中國應該便利歐盟的回報投資（60%）。一些受訪者則認為，被收購的公司會更好地進入中國市場（40%）。

（中塑在線）

塑料瓶裝飲用水不安全，長期使用對身體有害

科學家經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，用塑料容器盛裝飲用水對人體健康不利。為確定用塑料容器盛裝飲用水是否會對人體造成不良影響，專家們對將近1 500名志愿者的身體健康狀況進行了跟蹤研究，這其中包括孕婦和處于青春期的少年。在1 500名參與調查的志愿者中，95%的調查參與者的尿液中均發(fā)現(xiàn)了有毒物質雙酚A。專家稱，雙酚A若在人體內大量積累將會引發(fā)心血管疾病、肥胖和抑郁癥等疾病，甚至還會對人體相關激素的分泌產(chǎn)生不利影響。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，如果這些尿液中被發(fā)現(xiàn)有毒素雙酚A的人四天內不飲用塑料容器盛裝的飲用水，則該毒素的數(shù)量將會減少兩倍。

（中國聚合物網(wǎng)）

Mechanical Properties of PMMA Used for Automotive Interior Based on Outside Mold Decoration

Xu Heng
（Jiangxi University of Technology， Nanchang 330098， China）

Aiming at studying the mechanical properties of automotive interior based on outside mold decorationpolymethacrylate （PMMA），the true stress-strain curves under different stretching velocity of 2.5 mm/min （0.001 667 s-1），5 mm/ min （0.003 333 s-1） and 10 mm/min （0.006 667 s-1） were obtained by uniaxial tensile tests of PMMA plastic sheets at ［90℃（363 K），105℃（378 K） and 115℃（388 K）］. The analysis results show that at the same temperature the stress，tensile ratio and yield strength would increase when the strain rate rise. At the same strain rate，stress and yield strength would also significantly decrease when the temperature rise.

automotive outside mold decoration；polymethacrylate；mechanical property；tensile test

TQ335.7

A

1001-3539（2016）09-0104-04

10.3969/j.issn.1001-3539.2016.09.023

*江西省2013年第五批科技專項（20135BBG70010），江西省2014年第二批科技專項（20142BBE50061）

聯(lián)系人：徐衡，副教授，主要從事車輛工程及汽車材料研究

2016-07-01