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430P电动划试验仪在塑料行业中的应用
时间:2018-11-28 11:58 作者:admin

由于各种聚丙烯塑料在汽车行业中的应用日益增加,要求提供一种新型助剂保证材料具备长期抗划痕性能。


许多塑料行业将得益于抗划痕性能,不管产品采用何种塑料。如手椅和家具的配件,日用消费品,电脑配件,尤其是汽车行业。如今的消费者期望他们的物品使用了一段时间后看上去仍象新的一样。即使是使用了很长的时间。如果手提电脑外壳或者仪表盘上有许多看得见的划痕将不能满足要求,人们会认为产品贬值。如果产品使用后没有可见划痕将维持产品良好的形象/品牌。客户去了新的采购部后仍会倾向于该公司的产品。为了保证使用过程中表面不出现划痕,可以使用高分子量塑料如尼龙(PA),苯乙烯以主的塑料(ABSSAN)。或者在普通塑料如PP聚丙烯中添加一些助剂以增强材料的机械性能。这篇文章总结了抗划痕聚丙烯塑料在汽车行业中现状。主要是产品应用,抗划痕性能测试,不同的助剂技术及其它影响抗划痕性能的参数。


汽车行业

很多塑料如PA,ABS,PC(聚碳酸酯)/ABS,PA/PP,TPU(热可塑性聚氨酯)都广泛应用在汽车和卡车行业。但是汽车行业正在进行成本节约,所以添加了滑石粉的PPPP/TPO(热塑性聚烯烃)也越来越重要。但如果不进一步处理如喷涂抗划痕涂料,这类材料的抗划痕性能是不能满足汽车行业的要求的。但从成本角度考虑额外的喷涂对于高档车可以承受。但中小型车也需要具备抗划痕性能。因此需要一种新型助剂使塑料本身具备抗划痕性能,消除对涂料的依赖。图1为典型的汽车塑料件-门把手,它是由PP和添加20%玻璃纤维的PA材料组成的。塑料一般用于内部的部件如门板,仪表盘,中央控制台,还有外部配件如保险杠。由于力学性能原因,汽车塑料件成分有PP,滑石粉以及根据最终应用取代部分PP材料的TPOS。含有TPOS的塑料由于力学柔韧性增强特别适用于外饰件。所有组成成分如聚合物形式,滑石粉等级甚至色母都会影响注塑件的抗划痕性能。对于每一个最终成形件,如保险杠,仪表盘,每个汽车制造商或材料供应商的都有自己特定的配方,配方一般不同。导致很多材料应用在汽车PP塑料件中。这意味着抗划痕助剂必须与许多种塑料兼容。所以对于汽车行业理想的助剂在调节力学性能如硬度,弹性,CLTE(热膨胀系数)值,低温冲击强度或价格时不能受不同材料限制。

在过去的几年车厢上使用的作为标准的光面塑料已经被纹理表面塑料所取代。纹理表面塑料不仅外观美观,手感也明显好了很多。图2为在欧洲和美国汽车制造商中广泛应用的典型塑料。这种塑料一般应用于汽车内饰件。除了材料成分,表面的特性对抗划痕性能也有显著的影响。光滑表面比纹理表面较不容易划伤。从设计原因和纹理表面塑料的优点角度来看消费者更倾向纹理表面在将来起支配性的作用。由于纹理表面的重要但较容易划伤,Evonic集中精力研究这种表面抗划痕性能。

典型的汽车塑料内饰件一般是以下配方:

PP共聚物(+热塑性聚烯烃)               48-78%

色母料                                                   2-5%

滑石粉                                                  15-40%

TEGOMER 抗划痕100                        2-4%

 其它助剂                                              1%

(比如抗氧化剂;UV稳定剂,硬脂酸钙)


 测试方法

当前汽车行业对于评估抗划痕性能有各种测试方法。有许多测试方法和不同的测试仪器,比如Erichsen 430P划痕测试仪。这些仪器的测试基本原理是一样的都是判断表面的抗划痕性能。对表面施于一定压力然后对破坏结果加以量化。这意味着不同的测试方法得到的数字破坏等级没有可比性。但不同材料的测试结果可以进行类比。图3Erichsen 430P划痕测试仪。Erichsen 430P划痕测试仪可以进行抗划痕和划伤测试。压力可在5N-20N改变。在测试过程中划痕工具压力为5N10N,划痕速度1000mm/min。与材料表面接触的划痕工具为直径1mm的球形划痕头。仪器可以划出20条划痕线图案(10条线平行,另外10条与其垂直)。然后比较已划痕和未划痕表面的亮度差值以评估材料的抗划痕性能。图4为通过Erichsen划出的图案。亮度差通过BYK Gardner 仪器测量,测试结果delta L值(CieLab系统)用于评估材料的抗划痕性能。图5显示使用有机改性硅氧烷OMS材料在划痕测试后的表面情况及划痕深度与delta L值之间的联系。使用激光共聚焦显微镜CLSM来确定划痕深度。由于使用OMS助剂的塑料件表面较光滑故划痕深度可能不一致。划痕深度越大,闪亮粒子越多比如滑石粉反射光。所以有划痕的表面比未划痕表面要明亮,delta L值较高。如图5中的中心图所示划痕深度和delta L值之间有很好的关联性。

该材料为聚丙烯添加40%滑石粉,黑色。是一种组成最复杂的塑料件。滑石粉含量较低时划痕深度也较低delta L值将低很多。


当前抗划痕技术

当考虑何种助剂适合增加抗划痕性能时,该助剂必须具备两点。首先注塑成型后抗划痕性能应立即有显著提高。第二点应保持产品永久抗划痕性,不仅是在汽车生产过程中,更加重要的是在用户使用过程。

当前汽车行业主要使用酰胺,硅油或枝接聚合物或此类的混合物作为助剂。表1为聚丙烯塑料使用不同的助剂后的抗划痕性能比较表。表1的第一列为聚丙烯添加了最新研发的有机改性硅氧烷TEGOMER 抗划痕100后的性能。该助剂不会迁移,没有雾影光泽不会变化具备永久性抗划痕性能。另外它对材料的气味没有任何影响。这一点对于通过汽车厂家气味测试特别重要。


滑石粉的影响

 助剂的添加量对材料抗划痕性能有着重要的影响。如图6所示聚丙烯/滑石粉塑料采用不同的助剂并加入12%-20%粒度为3微米的滑石粉。这些材料常用于门板或仪表盘。TEGOMER 抗划痕100使表面抗划痕性明显高于当前广泛使用的标准助剂。

很明显增加压力会使防划痕变得更加困难。在5牛顿的压力下不同的材料测试结果变化不大,但当压力增大到10牛顿时不同的材料会有明显的区别。所以当研究新配方时使用10牛顿来评估不同的成分。为了光泽或改变材料的机械性能而选择的滑石粉的等级对于最后的抗划痕性能有着特别重要的影响。滑石粉粒度指标d50及高粒度值是典型参数用于允许技术人员改变材料的最后性质以满足特殊的汽车应用。图7和图8为滑石粉18%添加量的塑料在压力为10牛顿时delta I值。比较K31K09两种表面同样显示研发人员的不同选择会影响产品性质。然而使用TEGOMER 抗划痕100显示其会很好地增加抗划痕性能且不受配方的影响。


长期抗划痕性能

即时抗划痕性或24小时后的抗划痕性与汽车生产线密切相关。对于最终用户来说更重要的是注塑件的长期或永久性抗划痕性能。一般是将产品进行耐老化测试在70-80℃环境下保持一周。图9显示了不同助剂在老化后的性能。老化测试后deltaL值增加显示抗划痕性能下降。原因在于不同的助剂迁移到了材料表面。特别是低分子量酰胺显示测试结果很不理想。不过由于对产品的气味有影响一般不需要此类助剂。硅油和接枝聚合物此类一般与酰胺结合使用,显示delta L值也明显增加. delta L值增加与抗划痕性减弱可归结为材料迁移.这种迁移不仅影响抗划痕性能也影响表面的光泽.

如果此类助剂用于汽车塑料件并通过胶水固定可能出现意想不到的情况。另外表面被硅油或中间层的胶水污染后塑料件将不具备可涂性。最终由于表面脱落而损坏。

将抗划痕助剂与塑料中的其他成分结合在一起时经常会出现问题。比如气味吸收剂。有时客户必须使用来去除母料中颜料或塑料本身产生的气味。TEGOMER 抗划痕100可以很容易地与气味吸收剂TEGOSORB P.Y88结合在一起且不会降低抗划痕性能.


结论

 塑料的抗划痕性能与许多参数有关导致必需研发出一种新型助剂来满足汽车行业塑料件的要求.TEGOMER 抗划痕100是一种用于聚丙烯塑料的助剂可以克服表面粒度不同,滑石粉等级或添加量不同而出现的问题.该新技术用于汽车行业将不会产生材料迁移并保持长期抗划痕性能.

 

 


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