蔣艷云 堯永春 徐偉

【摘 要】PC/ABS合金因其優(yōu)異的耐熱表現(xiàn)、剛韌兼濟的物理特性和良好的表面裝飾性而廣泛應(yīng)用于汽車的內(nèi)外飾上，文章介紹了近些年來，國內(nèi)汽車領(lǐng)域用PC/ABS在耐光照、耐熱、表面外觀、電鍍性能、散發(fā)性能的研究進展，并對國內(nèi)汽車用PC/ABS的發(fā)展方向進行了展望。

【關(guān)鍵詞】PC/ABS合金；汽車應(yīng)用；展望

【中圖分類號】U465 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）05-0088-03

0 前言

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，改性塑料大放異彩，其中PC/ABS更是因其優(yōu)異的耐熱表現(xiàn)、剛韌兼濟的物理特性和良好的表面裝飾性，在汽車內(nèi)外飾上得到了廣泛的應(yīng)用。

其中，利用PC/ABS材料的尺寸穩(wěn)定性和剛性，它經(jīng)常被作為儀表板骨架、牌照裝飾板、擾流板等部件的選材；利用其電鍍性能，它又能夠加工成門把手、格柵、電鍍飾條等零件；此外，基于該材料的耐熱性能，它也成為中控面板、裝飾面板等高耐熱要求部件的不二之選。

然而近些年來，一些大型跨國企業(yè)正將其塑料業(yè)務(wù)剝離或出售，將重心轉(zhuǎn)移到利潤率更高的行業(yè)，塑料工業(yè)的技術(shù)研究和制造中心正在由歐美轉(zhuǎn)移到東亞，特別是中國，因此筆者認(rèn)為有必要就國內(nèi)近些年來在改性塑料領(lǐng)域的發(fā)展進行研究和討論。

本文對國內(nèi)汽車用PC/ABS材料的研究進行了相關(guān)總結(jié)和展望，根據(jù)近幾年汽車選材上的關(guān)注點及此材料的發(fā)展方向，主要圍繞耐光照、耐熱、表面外觀、電鍍性能、散發(fā)性能等方面展開研究和討論。

1 PC/ABS合金耐光老化性能的研究

對于車用材料來說，耐光照老化能力是一項關(guān)鍵的性能評價。而在光照過程中，雖然紫外光波所占比例較低，但由于能量較高，對分子鏈段的破壞力不容小覷。因此，對材料進行耐紫外光照老化的研究，以期提升材料的耐光老化性能，是眾多相關(guān)企業(yè)和研究院所的重點工作。

紫外光照射過程中，PC/ABS材料發(fā)生了變化：PC材料的主鏈上將發(fā)生Fries重排，由對位結(jié)構(gòu)變?yōu)楦罪@色的間位結(jié)構(gòu)。ABS組分中丁二烯的雙鍵受到破壞，產(chǎn)生羰基、羥基等含氧基團，同時帶來力學(xué)性能的降低。李佳榮等人[1]的研究發(fā)現(xiàn)，在未添加紫外助劑的情況下，輻照100 h，PC/ABS合金的拉伸強度由58.68 MPa降低至49.72 MPa，拉伸斷裂伸長率則由11.65%降低至3.3%。為改善材料的耐光老化性能，研究者在材料中加入了石墨烯，利用其具有長的大π鍵結(jié)構(gòu)，可與含氧自由基發(fā)生作用，起到捕捉自由基的效果，且與聚合物所形成的納米共混物中，其獨特的單原子層狀結(jié)構(gòu)可有效地阻隔氧分子進入聚合物本體，降低聚合物老化過程中生成過氧自由基的概率，使PC/ABS合金在紫外光輻照下的老化過程受到抑制，且這種抑制作用隨著石墨烯含量的增加而增強。引入1%的石墨烯，即可使共混物發(fā)生由韌至脆的轉(zhuǎn)變所經(jīng)歷的輻照時間由100 h延長到200 h。

2 PC/ABS合金耐熱性能的研究

對于汽車內(nèi)飾儀表板腰線以上區(qū)域而言，在夏日陽光的暴曬下，最高溫度可達100 ℃以上，如果在此區(qū)域采用普通耐熱的ABS材料，會存在嚴(yán)重的變形失效風(fēng)險。而如果選用高耐熱的ABS材料，由于熱穩(wěn)定劑的加入，沖擊性能和流動性下降較為嚴(yán)重。同時，高耐熱的ABS材料與PC/ABS合金相比，成本上的優(yōu)勢并不明顯。因此，PC/ABS合金被廣泛應(yīng)用于內(nèi)飾耐熱要求較高的零件。PC/ABS合金的耐熱性與抗氧劑、相溶劑、AS的含量及PC比例有關(guān)。

周宇等人[2]研究了耐熱氧老化改性助劑UV-234對PC/ABS合金的熱氧老化性能的影響后發(fā)現(xiàn)，在熱老氧老化初期，UV-234可有效抑制材料中自由基的生成，阻止合金的老化斷鏈及極性發(fā)色基團的生成，改善了合金的耐熱氧老化性能；而在熱氧老化后期，UV-234自身發(fā)生變化，生成了大量的苯醌結(jié)構(gòu)，加速了合金熱氧老化。相溶劑的加入，一方面可弱化兩相界面的張力，另一方面苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸縮水甘油酯結(jié)構(gòu)的三元共聚物（SAG）的相溶劑還可與PC發(fā)生反應(yīng)，提高PC與ABS的界面結(jié)合力，使分散相分子鏈在受到外力作用時的變形、滑移更為困難，從而使合金的耐熱溫度得到提高[3]。

PC/ABS合金中剛性基團含量的增加，有利于提高合金的耐熱性能。PC分子鏈空間位阻大，剛性強，受熱時分子鏈運動困難，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較高，因此具有優(yōu)異的耐熱性，通過調(diào)節(jié)，PC可以直接改變PC/ABS合金的熱變形溫度。當(dāng)PC含量從70%提高到85%時，耐熱溫度提高了13.3%[4]。余鵬等人[5]研究了AS含量對PC/ABS合金的熱變形溫度的影響，當(dāng)AS含量從16.3%增加至21.3%時，PC/ABS合金的熱變形溫度從117 ℃提高至128 ℃，表現(xiàn)出了優(yōu)良的耐熱性能。

3 PC/ABS合金光澤度的研究

近年來，高光黑鋼琴烤漆效果或亞光的內(nèi)外飾已成為汽車內(nèi)外飾的流行趨勢，人們對高光澤塑料產(chǎn)品的要求主要集中在感知質(zhì)量好、質(zhì)輕等特點，對于亞光塑料產(chǎn)品主要體現(xiàn)在低調(diào)、不影響駕駛員視線的方面。在環(huán)保和成本兩大因素的推動下，將樹脂直接注塑成高光效果或亞光效果的零件已成為近年來的研究熱點。零件表面的光澤度與材料、模具、注塑工藝密切相關(guān)。

3.1 PC/ABS材料本身的影響[6]

（1）ABS材料的影響。ABS材料的光澤性與橡膠粒徑的大小有關(guān)，橡膠粒徑越小，光澤度越高。本體法ABS由3種單體經(jīng)反應(yīng)釜直接生產(chǎn)，橡膠粒徑相對較大，為0.6～1μm，橡膠含量低；乳液法ABS由兩步聚合而成，橡膠粒徑較小，為0.1～0.4μm，橡膠含量可調(diào)。由于乳液法ABS橡膠粒徑小，所以表面光澤度較高。

（2）相溶劑種類的影響。相溶劑PTW能在PC/ABS合金中部分反應(yīng)，改變PC/ABS合金光澤，使其呈現(xiàn)消光效果。而相溶劑MBS為核殼結(jié)構(gòu)的增韌劑，丙烯酸酯類的殼體成分能與PC、ABS很好地相容，不影響PC/ABS的光澤度。

3.2 模具和工藝的影響

對于光澤度要求較高的零件，模具的高光直接影響產(chǎn)品的光澤度，同時通過調(diào)整零件的注塑工藝，可更好地復(fù)制模具的光澤度。胡建建等人[7]的研究表明：隨著注塑溫度的升高，產(chǎn)品的60°光澤度越高，當(dāng)溫度超過280 ℃之后，材料幾乎可以完全復(fù)制模具的表面，光澤度變化不大；模具溫度越高，材料的冷卻速率越慢，復(fù)制模具表面越精細；射膠速率和射膠壓力越大，剪切越強，材料的黏度越低，流動性越好，越能復(fù)制模具；保壓時間越長，光澤度越大，16 s后，光澤度不變。

3.3 耐刮擦劑的影響

對于免噴涂的PC/ABS合金而言，限制其使用的一個主要原因是零件表面的硬度相比噴漆件而言會遜色一些。一般改性后的PC/ABS合金，鉛筆硬度只能達到HB級，從而導(dǎo)致零件的耐刮擦性下降。為了提高免噴涂高光PC/ABS的產(chǎn)品耐刮擦性，賀麗麗等人[8]研究了丙烯酸酯類和硅油類耐刮擦劑對高光PC/ABS合金的耐刮擦性能、光澤和韌性的影響。結(jié)果表明，丙烯酸酯類耐刮擦劑可明顯提高高光PC/ABS合金的耐刮擦性能，但會降低高光PC/ABS合金的光澤度和韌性。綜合考慮耐刮擦性能、光澤度和韌性，丙烯酸類耐刮擦劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時最佳；硅油類耐刮擦劑對高光PC/ABS合金耐刮擦性提高不明顯，同時還會降低高光PC/ABS的韌性和光澤度，不適合用于高光PC/ABS合金。陳振嘉等人[9]通過在PC/ABS合金中添加TiO2來提高產(chǎn)品的表面的硬度，同時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)添加量為5%時，可使材料的表面擦傷硬度達到H級，同時還可保持較好的光澤度和力學(xué)性能。

4 PC/ABS合金電鍍性能的研究

PC/ABS可電鍍性與ABS的電鍍原理一致，都是通過粗化液刻蝕ABS中的橡膠組分，再于基體上進行化學(xué)鍍和后續(xù)電鍍來實現(xiàn)的。由于粗化液無法刻蝕PC相，當(dāng)PC含量過高、橡膠含量過低、橡膠顆粒過大或橡膠的分子量過大時，都會影響PC/ABS零部件的電鍍合格率和鍍層附著力。李強等人[10]對PC含量、橡膠含量、橡膠粒徑對其電鍍粗化質(zhì)量和鍍層剝離強度的影響進行了研究，結(jié)果表明，橡膠含量為12%、PC含量為50%時，添加粒徑為400 nm的大粒徑橡膠粗化質(zhì)量較好，鍍層結(jié)合力可達到9.5 N/cm。PC含量為65%時，通過SEM分析發(fā)現(xiàn)，基材表面刻蝕得到的“鉚和點”數(shù)量明顯減少，造成粗化不足，電鍍后樣品表面出現(xiàn)了漏鍍現(xiàn)象。

周中玉等人[11]研究了注塑工藝對PC/ABS合金粗化性能和鍍層結(jié)合力的影響。實驗結(jié)果表明：注塑工藝對PC/ABS合金的粗化性能和鍍層結(jié)合力影響較大，采用過低的注塑溫度會造成材料流動性不足（對PC/ABS一般建議注塑溫度為240～270 ℃），從而使得注塑件存在較大的內(nèi)應(yīng)力。在材料粗化過程中內(nèi)應(yīng)力會得到釋放，進而造成樣板的刻蝕不均，導(dǎo)致產(chǎn)品與電鍍層的結(jié)合力降低。此外，注塑壓力和速度過高及模具溫度過低也都會降低PC/ABS合金的粗化性能和鍍層結(jié)合力。

5 低VOC環(huán)保PC/ABS材料的研究

隨著人們健康意識的加強，車內(nèi)空氣質(zhì)量的關(guān)注度持續(xù)升高，車內(nèi)空氣質(zhì)量問題已成為汽車四大質(zhì)量問題之一。各大主機廠也紛紛響應(yīng)國家的號召，從零件的源頭——材料開始管控。PC/ABS作為內(nèi)飾重要的材料，也需要達到國家法律法規(guī)的要求。申娟[12]等人對PC、ABS、POE及抗氧化劑對PC/ABS合金的VOC的影響進行研究。使用酯交換法和光氣界面縮聚法合成的PC的VOC和氣味等級差異性很大，其中酯交換法生產(chǎn)的PC存在較多小分子，導(dǎo)致氣味等級較高，而光氣法得到的PC的力學(xué)性能較好且VOC的性能也會好很多；此外，ABS分為本體法和乳液法，電鍍的ABS需要采用乳液法，而乳液法的氣味問題也是一直困擾行業(yè)的難題。ABS的VOC含量和氣味等級是由其中的膠含量決定的，膠含量較高時，橡膠乳化劑含量較高，同時材料耐熱性能相對較差，加工過程中易導(dǎo)致分解而產(chǎn)生小分子氣體。

李強等人[13]通過氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）研究了PC/ABS合金在不同溫度下的散發(fā)性情況，并且對丙烯腈、苯乙烯、乙苯等散發(fā)性物質(zhì)和總碳含量（TVOC）的有關(guān)情況進行了分析。由溫度-散發(fā)性物質(zhì)濃度曲線發(fā)現(xiàn)，PC/ABS合金的總碳和各項散發(fā)性物質(zhì)的散發(fā)量隨溫度升高而呈冪指數(shù)增長；并且通過溫度-散發(fā)性物質(zhì)濃度的二階導(dǎo)數(shù)曲線可以看出，溫度-散發(fā)性物質(zhì)濃度的二階導(dǎo)數(shù)曲線（即散發(fā)性物質(zhì)散發(fā)速度的變化率）在80～90 ℃存在極大值；表明當(dāng)溫度高于極大值對應(yīng)的溫度時，揮發(fā)性有機物的散發(fā)量將大幅度增加。

6 展望

PC/ABS合金因其優(yōu)異的耐熱性和剛性，在汽車內(nèi)外飾上有著廣泛的應(yīng)用。隨著人們環(huán)保意識的加強，高光免噴涂和低VOC的PC/ABS合金將是未來研究的重點。同時，隨著PC材料的加速國產(chǎn)化和國內(nèi)對這一材料的持續(xù)關(guān)注與研究，相信不久的將來，中國將成為PC/ABS材料的研究和生產(chǎn)中心。

參 考 文 獻

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[責(zé)任編輯：鐘聲賢]