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適于內外飾的新一代電鍍PC/ABS合金——電鍍王?

作者:admin    添加時間:2012-11-23 02:21:39    瀏覽量:13179

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PC/ABS電鍍王TM???是在前一代PC/ABS材料HAC8244的基礎上開發出的。該材料在達到主機廠標準的同時,優化了成型性能和電鍍適應性,能滿足各類汽車內外飾電鍍件的生產要求,從而成為汽車主機廠對于電鍍PC/ABS的新選擇。

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文/上海錦湖日麗塑料有限公司

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前言

隨著汽車行業的發展,以塑代鋼、低VOC排放、低氣味以及環保節能等理念對汽車用塑料提出了更高的要求。同時在實際的車型設計中,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,被應用于汽車內外飾的設計,包括散熱格柵、車門把手、車標及儀表板飾條等。

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在一個完整的零部件生產周期內,電鍍PC/ABS被要求賦予以下性能:優異的成型加工性能,對成型復雜制件的良好適應性;良好的可電鍍性能,塑件能滿足電鍍要求,電鍍件能通過主機廠的各項標準認證;出色的耐溫、長期使用抗疲勞性能,能通過主機廠的總成、整車試驗。

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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PC/ABS。該材料已通過了多家汽車主機廠設立的電鍍標準(見表1),成為繼沙伯基礎創新塑料(SABIC)的MC1300和拜耳材料科技(BAYER)的T45PG等材料之后,汽車主機廠對于電鍍PC/ABS的新選擇。

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表1?部分主機廠電鍍PC/ABS認證標準號

主機廠

標準號

通用

GMW15581P-ABS+PC??T7

克萊斯勒

MS-DB-195-B

福特

WSB-M4D813-A

現代

MS-214-03

奇瑞

CMP.PC+ABS.A4

*大眾

TL528

*大眾標準TL528包括了電鍍ABS和電鍍PC/ABS的標準

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優異的成型加工性能

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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、制備流長比樣條以及測試材料的毛細管流變性能。由于毛細管流變數據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管流變儀試驗來評估電鍍王TM材料的成型加工性能。

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單螺桿注塑機的注射過程可以分為3個階段:第一階段,是塑料在旋轉螺桿與機筒之間進行輸送、壓縮、熔融塑化并將塑化好的熔體儲存在機筒的端部;第二階段是注射階段,儲存在機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;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。

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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變化的過程中。

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表2?注塑各階段的剪切范圍

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塑化

注塑

充模

剪切速率(s-1)

100~1000

100~105

500~105

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在實際生產過程中,客戶越來越傾向使用窄小的流道減小料把成本、使用點澆口自動脫模方便機械手的使用、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)兩種手段實現。但一味地提高熔體溫度可能導致材料的降解、黃變,特別在澆口位置可能因為降解形成噴射狀的注塑銀絲。因此,應該選擇在一定剪切速率下粘度更低的塑膠原料。

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我們對電鍍王TM?和前一代材料HAC8244分別進行了毛細管流變試驗,試驗曲線如圖1所示。從中可以看出,新的電鍍PC/ABS材料電鍍王TM在全區段的粘度均小于HAC8244材料。以內徑為1mm的點澆口為例,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,并有效地降低生產成本。

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圖1?PC/ABS電鍍王TM和HAC8244的毛細管流變曲線

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良好的可電鍍性能

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對于電鍍PC/ABS材料而言,電鍍性能是客戶關注的重點,各主機廠的標準中也明確規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的要求見表3。

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表3?通用、大眾電鍍標準

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通用標準

大眾標準

鍍層厚度測試方法

金相顯微鏡法和電化學法(有分歧時首選顯微鏡法)

陽極溶解庫侖法?ISO?2177:2003

總厚度(μm)

40

30(外飾件)

40(內飾件)

鍍層剝離強度

4.5N/cm

3.5N/cm

附著力

ASTM?B571標準,GMW14289膠布剝離

十字交叉線測試,Tesa4657膠布

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在電鍍標準中,鍍層剝離強度的標準是最為重要的,因為其關系到零部件電鍍后各項性能的穩定性和可靠性。如果剝離強度過低,會導致鍍層的起皮、起泡,甚至在使用過程中剝落。

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PC/ABS材料的電鍍原理是通過強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?(層結構如圖2所示)。

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圖2?PC/ABS化學電鍍鍍層結構

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由于材料本身導致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,導致在剝離強度上,電鍍PC/ABS較電鍍ABS有天生的缺陷。以通用公司標準為例,要求電鍍ABS的剝離強度為9N/cm。

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在實際生產過程中,電鍍廠經常將電鍍PC/ABS產品和電鍍ABS產品放置于同樣的生產工藝中進行電鍍生產,這就會導致電鍍PC/ABS產品在粗化刻蝕環節粗化不足,其塑件表面形成的坑洞不夠密集均勻(如圖3所示),最終在產品上表現出電鍍露塑、麻點及剝離強度低等缺陷。

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? ?粗化不足 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 粗化正常

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圖3?電鍍粗化環節刻蝕不足和刻蝕正常的SEM照片對比

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錦湖日麗電鍍王TM通過特殊的擠出造粒工藝,使生產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聚(如圖4所示),從而確保材料電鍍時能夠得到充足而適當的粗化。

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HAC8244 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 電鍍王TM

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

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通過注塑成型的經驗可以知道,制件越復雜,成型的難度越大。在制件上則表現出局部的分子鏈被拉伸,內應力集中在厚薄搭接的臺階處、轉角、加強筋、螺絲孔柱及卡扣等位置。在這些位置上,鍍層和塑件的結合力會較平均值更低,更容易出現剝離強度低甚至露塑等缺陷。因此,只有選擇剝離強度更高的材料進行成型,才能滿足主機廠的標準。

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我們對電鍍王TM?進行了剝離強度測試,根據試驗結果,可以看到在30mm~100mm的有效測試距離內,該材料的平均剝離強度達8N/cm以上,遠高于通用4.5N/cm的標準要求,并且數值沒有劇烈波動(如圖5所示)。

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圖5?電鍍王TM剝離強度測試曲線(測試方法為ASTM?D?638)

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出色的耐溫性能

在經過注塑成型、電鍍階段后,外觀合格的零部件還將經過主機廠苛刻的測試,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量情況,特別是內飾零件,因為夏季車內儀表板的黑板溫度能達到110℃的極限值。因此,對于電鍍零部件的耐熱測試一直是主機廠零部件標準中的重要項目。

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電鍍零部件通常需要通過熱存放、冷熱交變兩種耐熱試驗,表4列舉了通用、大眾電鍍零件的耐熱標準。其中,冷熱交變試驗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。這也是主機廠經常選用電鍍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拉伸試驗。

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表4通用、大眾電鍍零件的耐熱標準

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通用標準

大眾標準

熱存放

90±3℃,6±0.5h

110℃,6h

冷熱交變

-40℃1h,90℃1h,4個循環

PV1200(短期)8個循環

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如果不考慮注塑成型時材料內應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結果。通常用來表征材料耐熱性能的數據有VICAT軟化點和HDT(heat?deflection?temperature),兩者的區別在于VICAT測試的是截面1mm2的標準壓針刺入熱塑性塑料1mm深時的溫度,它并不反應材料的實際長期使用溫度;而HDT則表征材料在一定壓力下發生變形時的溫度。因此,HDT更接近實際使用中的狀態。

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我們對電鍍王TM??與SABIC?MC1300、BAYER?T45PG的HDT進行了比較(見表5),數據表明它們的耐熱性能基本接近,均能達到主機廠的材料要求。

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表5?3種電鍍PC/ABS的HDT值比較

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錦湖日麗電鍍王TM

*SABIC?MC1300

*BAYER?T45PG

0.45MPa(℃)

118

116

112

1.8MPa(℃)

98

99

95

*數據源于www.ides.com

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優良的熱穩定性

通常,PC/ABS材料的注塑溫度在240℃~270℃之間,但在實際的注塑過程中,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)。如果材料的熱穩定性不好,會發生降解,從而出現黃變,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。通常認為材料的熱失重越小,其熱穩定性就越好,從而意味著在實際的生產過程中可以使用更高的注塑溫度,而不會出現銀絲和材料降解導致的性能劣化。

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我們對電鍍王TM?和HAC8244分別在200~350℃之間進行了TGA試驗,試驗曲線如圖6所示。從中可以看出,電鍍王TM在280℃以上區間內發生的熱失重明顯低于HAC8244材料。也就是說,該材料可以適應更高的注塑溫度,在強剪切——如采用點澆口的成型中,在澆口位置的熱穩定性更好。

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圖6?電鍍PC/ABS電鍍王TM和HAC8244的TGA對比

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結語

綜上所述,錦湖日麗的新一代電鍍PC/ABS電鍍王TM在滿足主機廠的標準同時,優化了成型性能和電鍍適應性,能夠滿足各類汽車內外飾電鍍件的生產要求。

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