上海錦湖日麗塑料有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“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的基礎上開(kāi)發(fā)出的。該材料在達到主機廠(chǎng)標準的同時(shí)，優(yōu)化了成型性能和電鍍適應性，能滿(mǎn)足各類(lèi)汽車(chē)內外飾電鍍件的生產(chǎn)要求，從而成為汽車(chē)主機廠(chǎng)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(yáng)
前言
隨著(zhù)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，以塑代鋼、低VOC排放、低氣味以及環(huán)保節能等理念對汽車(chē)用塑料提出了更高的要求。同時(shí)在實(shí)際的車(chē)型設計中，工程塑料在整車(chē)中所占的比例也在不斷提高，其中包括越來(lái)越多的工程塑料電鍍制件如PC/ABS電鍍件，被應用于汽車(chē)內外飾的設計，包括散熱格柵、車(chē)門(mén)把手、車(chē)標及儀表板飾條等。
在一個(gè)完整的零部件生產(chǎn)周期內，電鍍級PC/ABS被要求賦予以下性能：優(yōu)異的成型加工性能，對成型復雜制件的良好適應性；良好的可電鍍性能，塑件能滿(mǎn)足電鍍要求，電鍍件能通過(guò)主機廠(chǎng)的各項標準認證；出色的耐溫、長(cháng)期使用抗疲勞性能，能通過(guò)主機廠(chǎng)的總成、整車(chē)試驗。
錦湖日麗推出的電鍍王TM即是一種可滿(mǎn)足上述要求的電鍍級PC/ABS。該材料已通過(guò)了多家汽車(chē)主機廠(chǎng)設立的電鍍標準（見(jiàn)表1），成為繼沙伯基礎創(chuàng )新塑料（SABIC）的MC1300和拜耳材料科技（BAYER）的T45PG等材料之后，汽車(chē)主機廠(chǎng)對于電鍍級PC/ABS的新選擇。
表1 部分主機廠(chǎng)電鍍級PC/ABS認證標準號
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主機廠(chǎng) |
標準號 |
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通用 |
GMW15581P-ABS+PC T7 |
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克萊斯勒 |
MS-DB-195-B |
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福特 |
WSB-M4D813-A |
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現代 |
MS-214-03 |
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奇瑞 |
CMP.PC+ABS.A4 |
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*大眾 |
TL528 |
*大眾標準TL528包括了電鍍ABS和電鍍PC/ABS的標準
優(yōu)異的成型加工性能
通常，用來(lái)評估塑料材料成型加工性能的方法有3個(gè)，分別是測試材料的熔融指數、制備流長(cháng)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(gè)階段的剪切變稀后的粘度變化，從而能夠完整評價(jià)材料的成型性能，因此我們選擇了通過(guò)毛細管流變儀試驗來(lái)評估電鍍王™材料的成型加工性能。
單螺桿注塑機的注射過(guò)程可以分為3個(gè)階段：第一階段，是塑料在旋轉螺桿與機筒之間進(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(guò)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(guò)程中的流動(dòng)、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(gè)階段受到不同剪切力和壓力的影響（見(jiàn)表2），其粘度處于一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程中。
表2 注塑各階段的剪切范圍
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塑化 |
注塑 |
充模 |
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剪切速率（s-1） |
100~1000 |
100~105 |
500~105 |
在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，客戶(hù)越來(lái)越傾向使用窄小的流道減小料把成本、使用點(diǎn)澆口自動(dòng)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(dòng)性提出了更高的要求。通常，我們認為熔體粘度越低其流動(dòng)性越好，而降低熔體粘度可以通過(guò)提高熔體溫度(T)或者其剪切速率(γ)兩種手段實(shí)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。
我們對電鍍王TM 和前一代材料HAC8244分別進(jìn)行了毛細管流變試驗，試驗曲線(xiàn)如圖1所示。從中可以看出，新的電鍍級PC/ABS材料電鍍王TM在全區段的粘度均小于HAC8244材料。以?xún)葟綖?mm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的毛細管流變曲線(xiàn)
對于電鍍PC/ABS材料而言，電鍍性能是客戶(hù)關(guān)注的重點(diǎn)，各主機廠(chǎng)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(guān)的要求見(jiàn)表3。
表3 通用、大眾電鍍標準
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通用標準 |
大眾標準 |
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鍍層厚度測試方法 |
金相顯微鏡法和電化學(xué)法（有分歧時(shí)首選顯微鏡法） |
陽(yáng)極溶解庫侖法 ISO 2177:2003 |
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總厚度（μm） |
40 |
30（外飾件）
40（內飾件） |
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鍍層剝離強度 |
4.5N/cm |
3.5N/cm |
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附著(zhù)力 |
ASTM B571標準，GMW14289膠布剝離 |
十字交叉線(xiàn)測試，Tesa4657膠布 |
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(guān)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(guò)低，會(huì )導致鍍層的起皮、起泡，甚至在使用過(guò)程中剝落。
PC/ABS材料的電鍍原理是通過(guò)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(guò)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 （層結構如圖2所示）。
圖2 PC/ABS化學(xué)電鍍鍍層結構
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。
在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，電鍍廠(chǎng)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(huì )導致電鍍PC/ABS產(chǎn)品在粗化刻蝕環(huán)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(chǎn)品上表現出電鍍露塑、麻點(diǎn)及剝離強度低等缺陷。
圖3 電鍍粗化環(huán)節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(guò)特殊的擠出造粒工藝，使生產(chǎn)出來(lái)的粒子中丁二烯的分布更均勻；通過(guò)選擇特殊的丁二烯原料，防止在注塑過(guò)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(shí)能夠得到充足而適當的粗化。
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，而且不容易出現粗化過(guò)度導致的大面積塌陷
通過(guò)注塑成型的經(jīng)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(huì )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(jìn)行成型，才能滿(mǎn)足主機廠(chǎng)的標準。
我們對電鍍王TM 進(jìn)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(méi)有劇烈波動(dòng)（如圖5所示）。
圖5 電鍍王TM剝離強度測試曲線(xiàn)（測試方法為ASTM D 638）
出色的耐溫性能
在經(jīng)過(guò)注塑成型、電鍍階段后，外觀(guān)合格的零部件還將經(jīng)過(guò)主機廠(chǎng)苛刻的測試，才能最終裝配在整車(chē)上。通常，耐熱測試能夠較全面地反映零部件的質(zhì)量情況，特別是內飾零件，因為夏季車(chē)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(chǎng)零部件標準中的重要項目。
電鍍零部件通常需要通過(guò)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(shí)的工藝合理性的要求更高。這也是主機廠(chǎng)經(jīng)常選用電鍍PC/ABS作為儀表板上的電鍍飾條、車(chē)門(mén)把手等零件的原因。通常電鍍ABS零件的耐熱性很難超過(guò)90℃，并且難以通過(guò)類(lèi)似門(mén)把手位置的反復拉伸試驗。
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 |
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熱存放 |
90±3℃，6±0.5h |
110℃，6h |
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冷熱交變 |
-40℃1h，90℃1h，4個(gè)循環(huán) |
PV1200（短期）8個(gè)循環(huán) |
如果不考慮注塑成型時(shí)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(lái)表征材料耐熱性能的數據有VICAT軟化點(diǎn)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(shí)的溫度，它并不反應材料的實(shí)際長(cháng)期使用溫度；而HDT則表征材料在一定壓力下發(fā)生變形時(shí)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(jiàn)表5），數據表明它們的耐熱性能基本接近，均能達到主機廠(chǎng)的材料要求。
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 |
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0.45MPa（℃） |
118 |
116 |
112 |
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1.8MPa（℃） |
98 |
99 |
95 |
優(yōu)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(shí)際的注塑過(guò)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(huì )發(fā)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(zhù)在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中可以使用更高的注塑溫度，而不會(huì )出現銀絲和材料降解導致的性能劣化。
我們對電鍍王TM 和HAC8244分別在200~350℃之間進(jìn)行了TGA試驗，試驗曲線(xiàn)如圖6所示。從中可以看出，電鍍王TM在280℃以上區間內發(fā)生的熱失重明顯低于HAC8244材料。也就是說(shuō)，該材料可以適應更高的注塑溫度，在強剪切--如采用點(diǎn)澆口的成型中，在澆口位置的熱穩定性更好。
圖6 電鍍PC/ABS電鍍王TM和HAC8244的TGA對比
結語(yǔ)
綜上所述，錦湖日麗的新一代電鍍PC/ABS電鍍王TM在滿(mǎn)足主機廠(chǎng)的標準同時(shí)，優(yōu)化了成型性能和電鍍適應性，能夠滿(mǎn)足各類(lèi)汽車(chē)內外飾電鍍件的生產(chǎn)要求。
