上海錦湖日麗塑料有限公司（以下簡稱“錦湖日麗”）的新一代電鍍級PC/ABS電鍍王™是在前一代PC/ABS材料HAC8244的基礎(chǔ)上開發(fā)出的。該材料在達(dá)到主機(jī)廠標(biāo)準(zhǔn)的同時，優(yōu)化了成型性能和電鍍適應(yīng)性，能滿足各類汽車內(nèi)外飾電鍍件的生產(chǎn)要求，從而成為汽車主機(jī)廠對于電鍍級PC/ABS的新選擇。
　　□上海錦湖日麗塑料有限公司 陳陽
　　前言
　　隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，以塑代鋼、低VOC排放、低氣味以及環(huán)保節(jié)能等理念對汽車用塑料提出了更高的要求。同時在實(shí)際的車型設(shè)計(jì)中，工程塑料在整車中所占的比例也在不斷提高，其中包括越來越多的工程塑料電鍍制件如PC/ABS電鍍件，被應(yīng)用于汽車內(nèi)外飾的設(shè)計(jì)，包括散熱格柵、車門把手、車標(biāo)及儀表板飾條等。
　　在一個完整的零部件生產(chǎn)周期內(nèi)，電鍍級PC/ABS被要求賦予以下性能：優(yōu)異的成型加工性能，對成型復(fù)雜制件的良好適應(yīng)性；良好的可電鍍性能，塑件能滿足電鍍要求，電鍍件能通過主機(jī)廠的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證；出色的耐溫、長期使用抗疲勞性能，能通過主機(jī)廠的總成、整車試驗(yàn)。
　　錦湖日麗推出的電鍍王TM即是一種可滿足上述要求的電鍍級PC/ABS。該材料已通過了多家汽車主機(jī)廠設(shè)立的電鍍標(biāo)準(zhǔn)（見表1），成為繼沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料（SABIC）的MC1300和拜耳材料科技（BAYER）的T45PG等材料之后，汽車主機(jī)廠對于電鍍級PC/ABS的新選擇。
　　表1 部分主機(jī)廠電鍍級PC/ABS認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)號

*大眾標(biāo)準(zhǔn)TL528包括了電鍍ABS和電鍍PC/ABS的標(biāo)準(zhǔn)

　　優(yōu)異的成型加工性能
　　通常，用來評估塑料材料成型加工性能的方法有3個，分別是測試材料的熔融指數(shù)、制備流長比樣條以及測試材料的毛細(xì)管流變性能。由于毛細(xì)管流變數(shù)據(jù)可以模擬塑膠原料在注塑的熔融、注塑和成型等各個階段的剪切變稀后的粘度變化，從而能夠完整評價材料的成型性能，因此我們選擇了通過毛細(xì)管流變儀試驗(yàn)來評估電鍍王™材料的成型加工性能。
　　單螺桿注塑機(jī)的注射過程可以分為3個階段：第一階段，是塑料在旋轉(zhuǎn)螺桿與機(jī)筒之間進(jìn)行輸送、壓縮、熔融塑化并將塑化好的熔體儲存在機(jī)筒的端部；第二階段是注射階段，儲存在機(jī)筒端部的塑料熔體被螺桿向前推壓，通過噴嘴、模具的主流道、分流道和澆口，射入模具模腔內(nèi)；第三階段是充模階段，即塑料熔體在充模過程中的流動、相變以及固化。
　　由于塑膠熔體是一種典型的非牛頓流體，在上述的3個階段受到不同剪切力和壓力的影響（見表2），其粘度處于一個動態(tài)變化的過程中。
　　表2 注塑各階段的剪切范圍

　　在實(shí)際生產(chǎn)過程中，客戶越來越傾向使用窄小的流道減小料把成本、使用點(diǎn)澆口自動脫模方便機(jī)械手的使用、采用薄壁成型減輕制件重量，以及采用高速成型縮短成型周期。這些都對材料在高剪切范圍，尤其是接近105 s-1剪切速率情況下塑膠熔體的流動性提出了更高的要求。通常，我們認(rèn)為熔體粘度越低其流動性越好，而降低熔體粘度可以通過提高熔體溫度(T)或者其剪切速率(γ)兩種手段實(shí)現(xiàn)。但一味地提高熔體溫度可能導(dǎo)致材料的降解、黃變，特別在澆口位置可能因?yàn)榻到庑纬蓢娚錉畹淖⑺茔y絲。因此，應(yīng)該選擇在一定剪切速率下粘度更低的塑膠原料。
　　我們對電鍍王TM 和前一代材料HAC8244分別進(jìn)行了毛細(xì)管流變試驗(yàn)，試驗(yàn)曲線如圖1所示。從中可以看出，新的電鍍級PC/ABS材料電鍍王TM在全區(qū)段的粘度均小于HAC8244材料。以內(nèi)徑為1mm的點(diǎn)澆口為例，該位置的剪切速率通常為5×104~105 s-1，在圖中接近測試范圍的最右端，兩者的粘度分別為10.7Pa·s和13Pa·s。如果要達(dá)到同樣的熔體粘度，使用電鍍王TM可以降低5%的注塑壓力，或者射嘴溫度降低10℃左右。這樣可以得到更大的加工窗口，并有效地降低生產(chǎn)成本。

 

圖1 PC/ABS電鍍王TM和HAC8244的毛細(xì)管流變曲線

　　對于電鍍PC/ABS材料而言，電鍍性能是客戶關(guān)注的重點(diǎn)，各主機(jī)廠的標(biāo)準(zhǔn)中也明確規(guī)定了材料的電鍍性能。以大眾、通用公司為例，其零部件與電鍍相關(guān)的要求見表3。
　　表3 通用、大眾電鍍標(biāo)準(zhǔn)

　　在電鍍標(biāo)準(zhǔn)中，鍍層剝離強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)是最為重要的，因?yàn)槠潢P(guān)系到零部件電鍍后各項(xiàng)性能的穩(wěn)定性和可靠性。如果剝離強(qiáng)度過低，會導(dǎo)致鍍層的起皮、起泡，甚至在使用過程中剝落。
　　PC/ABS材料的電鍍原理是通過強(qiáng)酸溶解材料中的丁二烯（B組分），在塑件表面刻蝕形成均勻的坑洞，再通過電化學(xué)方法將電鍍液中的金屬離子還原，沉積到塑件表面，形成致密的金屬層 （層結(jié)構(gòu)如圖2所示）。

 圖2 PC/ABS化學(xué)電鍍鍍層結(jié)構(gòu)

　　由于材料本身導(dǎo)致PC/ABS中的B組分較ABS中的比例低，所以更難以形成密集均勻的坑洞，導(dǎo)致在剝離強(qiáng)度上，電鍍PC/ABS較電鍍ABS有天生的缺陷。以通用公司標(biāo)準(zhǔn)為例，要求電鍍ABS的剝離強(qiáng)度為9N/cm。
　　在實(shí)際生產(chǎn)過程中，電鍍廠經(jīng)常將電鍍PC/ABS產(chǎn)品和電鍍ABS產(chǎn)品放置于同樣的生產(chǎn)工藝中進(jìn)行電鍍生產(chǎn)，這就會導(dǎo)致電鍍PC/ABS產(chǎn)品在粗化刻蝕環(huán)節(jié)粗化不足，其塑件表面形成的坑洞不夠密集均勻（如圖3所示），最終在產(chǎn)品上表現(xiàn)出電鍍露塑、麻點(diǎn)及剝離強(qiáng)度低等缺陷。

 圖3 電鍍粗化環(huán)節(jié)刻蝕不足和刻蝕正常的SEM照片對比

　　錦湖日麗電鍍王TM通過特殊的擠出造粒工藝，使生產(chǎn)出來的粒子中丁二烯的分布更均勻；通過選擇特殊的丁二烯原料，防止在注塑過程中橡膠相被拉伸或團(tuán)聚（如圖4所示），從而確保材料電鍍時能夠得到充足而適當(dāng)?shù)拇只��?/P>

 圖4 電鍍PC/ABS HAC8244和電鍍王™的TEM照片對比。相態(tài)分布越均勻，其粗化后的坑洞分布也越均勻，而且不容易出現(xiàn)粗化過度導(dǎo)致的大面積塌陷

　　通過注塑成型的經(jīng)驗(yàn)可以知道，制件越復(fù)雜，成型的難度越大。在制件上則表現(xiàn)出局部的分子鏈被拉伸，內(nèi)應(yīng)力集中在厚薄搭接的臺階處、轉(zhuǎn)角、加強(qiáng)筋、螺絲孔柱及卡扣等位置。在這些位置上，鍍層和塑件的結(jié)合力會較平均值更低，更容易出現(xiàn)剝離強(qiáng)度低甚至露塑等缺陷。因此，只有選擇剝離強(qiáng)度更高的材料進(jìn)行成型，才能滿足主機(jī)廠的標(biāo)準(zhǔn)。
　　我們對電鍍王TM 進(jìn)行了剝離強(qiáng)度測試，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可以看到在30mm~100mm的有效測試距離內(nèi)，該材料的平均剝離強(qiáng)度達(dá)8N/cm以上，遠(yuǎn)高于通用4.5N/cm的標(biāo)準(zhǔn)要求，并且數(shù)值沒有劇烈波動（如圖5所示）。

 圖5 電鍍王TM剝離強(qiáng)度測試曲線（測試方法為ASTM D 638）

　　出色的耐溫性能
　　在經(jīng)過注塑成型、電鍍階段后，外觀合格的零部件還將經(jīng)過主機(jī)廠苛刻的測試，才能最終裝配在整車上。通常，耐熱測試能夠較全面地反映零部件的質(zhì)量情況，特別是內(nèi)飾零件，因?yàn)橄募拒噧?nèi)儀表板的黑板溫度能達(dá)到110℃的極限值。因此，對于電鍍零部件的耐熱測試一直是主機(jī)廠零部件標(biāo)準(zhǔn)中的重要項(xiàng)目。
　　電鍍零部件通常需要通過熱存放、冷熱交變兩種耐熱試驗(yàn)，表4列舉了通用、大眾電鍍零件的耐熱標(biāo)準(zhǔn)。其中，冷熱交變試驗(yàn)對原材料的耐熱性能及塑件成型時的工藝合理性的要求更高。這也是主機(jī)廠經(jīng)常選用電鍍PC/ABS作為儀表板上的電鍍飾條、車門把手等零件的原因。通常電鍍ABS零件的耐熱性很難超過90℃，并且難以通過類似門把手位置的反復(fù)拉伸試驗(yàn)。

表4通用、大眾電鍍零件的耐熱標(biāo)準(zhǔn)

　　如果不考慮注塑成型時材料內(nèi)應(yīng)力對于零件耐熱性能的影響，材料本身的耐熱性能將決定該零件的耐熱試驗(yàn)結(jié)果。通常用來表征材料耐熱性能的數(shù)據(jù)有VICAT軟化點(diǎn)和HDT（heat deflection temperature），兩者的區(qū)別在于VICAT測試的是截面1mm2的標(biāo)準(zhǔn)壓針刺入熱塑性塑料1mm深時的溫度，它并不反應(yīng)材料的實(shí)際長期使用溫度；而HDT則表征材料在一定壓力下發(fā)生變形時的溫度。因此，HDT更接近實(shí)際使用中的狀態(tài)。
　　我們對電鍍王™ 與SABIC MC1300、BAYER T45PG的HDT進(jìn)行了比較（見表5），數(shù)據(jù)表明它們的耐熱性能基本接近，均能達(dá)到主機(jī)廠的材料要求。

表5 3種電鍍PC/ABS的HDT值比較

　　優(yōu)良的熱穩(wěn)定性
　　通常，PC/ABS材料的注塑溫度在240℃~270℃之間，但在實(shí)際的注塑過程中，由于剪切生熱的影響，PC/ABS材料的短期溫度甚至可以高達(dá)300℃以上（對于成型薄壁、投影面積大的零件，因注塑溫度較高而使此溫度更高）。如果材料的熱穩(wěn)定性不好，會發(fā)生降解，從而出現(xiàn)黃變，并在澆口等位置形成銀絲。采用熱重分析儀TGA（Thermo Gravimetric Analyzer）可以獲知材料因加熱而分解，小分子逸散后失重的情況。通常認(rèn)為材料的熱失重越小，其熱穩(wěn)定性就越好，從而意味著在實(shí)際的生產(chǎn)過程中可以使用更高的注塑溫度，而不會出現(xiàn)銀絲和材料降解導(dǎo)致的性能劣化。
　　我們對電鍍王TM 和HAC8244分別在200~350℃之間進(jìn)行了TGA試驗(yàn)，試驗(yàn)曲線如圖6所示。從中可以看出，電鍍王TM在280℃以上區(qū)間內(nèi)發(fā)生的熱失重明顯低于HAC8244材料。也就是說，該材料可以適應(yīng)更高的注塑溫度，在強(qiáng)剪切--如采用點(diǎn)澆口的成型中，在澆口位置的熱穩(wěn)定性更好。

圖6 電鍍PC/ABS電鍍王TM和HAC8244的TGA對比

 　　結(jié)語
　　綜上所述，錦湖日麗的新一代電鍍PC/ABS電鍍王TM在滿足主機(jī)廠的標(biāo)準(zhǔn)同時，優(yōu)化了成型性能和電鍍適應(yīng)性，能夠滿足各類汽車內(nèi)外飾電鍍件的生產(chǎn)要求。