氣輔外門拉手用PC/PBT合金材料研究

李文強(qiáng) 王依民 王斌 朱祥軍

（1、3、4：上海錦湖日麗塑料有限公司 上海201107）

（2：東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 上海201620）

1 前言

近年來，隨著技術(shù)的進(jìn)步和特殊產(chǎn)品功能上的需求，PC/PBT合金材料的應(yīng)用在制品成型方式上也呈現(xiàn)多元化，如除常見的注塑手段外，改善尺寸穩(wěn)定和節(jié)約材料成本而采取的氣輔成型方式也日益受到業(yè)界的重視，一個典型的應(yīng)用就是汽車外門拉手。有報道[1-3]指出：以氣體穿透相對深度和氣指高度作為評價指標(biāo)來研究氣體輔助注射成型中的氣體穿透行為，所建立的優(yōu)化方案可對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。但從材料角度入手，設(shè)計易加工、高性能的材料本身也極其重要。

先了解一下什么是氣輔成型。先注射了一定量或全部注射滿塑料熔體的模具型腔中再注入經(jīng)壓縮后的惰性氣體，利用氣體推動熔體完成充模，填補(bǔ)因塑料收縮后留下的空隙，而在制件冷卻后再將氣體從氣道中排出的過程。詳細(xì)可分為熔體注射、氣體注射、形成氣道和氣體保壓4個過程，如圖1所示：

圖1 氣輔成型的過程示意圖

氣輔成型有很多優(yōu)點(diǎn)[51]，簡單總結(jié)如下：

（1）制件減重

（2）改善產(chǎn)品表面縮痕

（3）提高制品尺寸穩(wěn)定性

（4）減少制件的內(nèi)應(yīng)力

（5）減少模腔壓力，延長模具壽命

（6）節(jié)約原料，可以將成本

氣輔成型由于其工藝較為復(fù)雜，存在一定的技術(shù)難度。氣輔成型制品（如外門拉手）往往對材料的要求非?？量?，具體是材料的粘度、可加工性、熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、抗疲勞性能、低溫韌性和抗化學(xué)品腐蝕性能等都有很高的要求。其成模周期往往為注塑方式的2至3倍，對材料的抗熱氧老化穩(wěn)定性要求很高；且因成型過程中通過氣壓傳輸模腔，對材料的粘度要求也較為苛刻，粘度過高，吹起困難，粘度過低，容易脹模；其最終制品常需測試抗拉拔強(qiáng)度、疲勞試驗(yàn)和低溫韌性性能，對材料的機(jī)械性能要求也非常重要。上述苛刻的要求使普通PC/PBT材料在氣輔成型應(yīng)用的推進(jìn)變得艱難?？紤]不周，常常會使出現(xiàn)麻點(diǎn)、黃變銀絲、褶皺、收縮和強(qiáng)度試驗(yàn)實(shí)效等問題。如何考慮這些要求，設(shè)計出易加工、高性能、高的熱穩(wěn)定性能的產(chǎn)品是成功與否的關(guān)鍵因素。又因?yàn)榭紤]因素眾多，在設(shè)計上很容易出現(xiàn)顧此失彼的情況，如何平衡這些要求常常使研發(fā)設(shè)計師們頭疼。

綜合以上分析，為達(dá)到成型順暢，保證材料的熱氧老化穩(wěn)定性和合適的粘度控制是關(guān)鍵。

2 試驗(yàn)部分

2.1 主要原材料

PC：Teijin的L-1250Y、L-1125L，Lotte的1100、1220；PBT：儀征化纖的L2100、L2100L、L1090、L1082；增韌劑：MBS商品牌號為2691A（DOW）；E-MA-GMA：商品牌號LOTADER?AX8900/8840(Arkema)；SAN-GMA SAG-002（002代表其GMA含量為2%）南通日之升精細(xì)化工有限公司；

2.2 共混物的制備

將干燥后（PC～120℃/4-6h、PBT～80℃/4-6h）或新開包的PC、PBT和增韌劑組分按一定比例混合均勻后擠出造粒；擠出溫度250℃，固定主機(jī)扭矩為30（極限為35），螺桿轉(zhuǎn)速為500r/min。

2.3 測試及分析手段

將粒子N2保護(hù)，50℃平衡后，以10℃/min的速率升溫至600℃，用德國耐馳公司的TG209F3型的熱失重測試儀測試樣品的熱失重曲線，判定材料的熱氧老化穩(wěn)定性；用毛細(xì)管流變儀來測定其在不同剪切速率下的粘度，同時用外門拉手零件來比對其加工性的優(yōu)劣；用OLYMPUS公司生產(chǎn)的型號為BX 51M的金相顯微鏡觀察樣板表面形貌；將PC/PBT樣片表面進(jìn)行真空噴金處理，并對斷面形貌進(jìn)行觀察，設(shè)備選擇TESCAN生產(chǎn)的5136MM型號。

3 結(jié)果與討論

3.1 提高熱氧老化穩(wěn)定性的試驗(yàn)

為考察熱穩(wěn)定性的影響，設(shè)計試驗(yàn)如表1：

表1 為熱穩(wěn)定性的考察所做的材料設(shè)計

分析其粒子的差異，用TG分析結(jié)果如圖2所示：

從圖中可以看出，材料的起始分解溫度2#最好，1#其次，3#相對較差；分析3#差的原因可能為選擇的PBT的端羧基數(shù)量較多，更容易發(fā)生酯交換反應(yīng)而引起材料的降解；2#表現(xiàn)最好的原因可能為PBT預(yù)先封端一定程度上也抑制了材料的酯交換反應(yīng)，從而提高材料的抗熱降解的能力。

圖2 TG分析圖

為進(jìn)一步考察不同合成方法的PC對熱穩(wěn)定性的影響，設(shè)計試驗(yàn)對比，注塑小色板做熱停留試驗(yàn)，分別在料筒中停留10min后觀察其表面效果（主要觀察其銀絲和發(fā)黃情況），結(jié)果如表2所示：

表2 考察不同方法合成的PC對熱穩(wěn)定性的影響

可以看出，光氣法PC優(yōu)于酯交換法PC，且隨著分子量的降低有所下降，酯交換劣化趨勢更為明顯。其可能的原因可能為酯交換的端基-OH數(shù)量較多，與聚酯發(fā)生酯交換的概率較大所致。

綜合以上的結(jié)果，選擇低端羧基含量的PBT并對其預(yù)先封端和光氣法的PC對提高材料的熱穩(wěn)定性的改善非常有效。

3.2 合適粘度范圍試驗(yàn)確定

為考察粘度對加工性的影響，選擇1出4的氣輔成型門拉手為試驗(yàn)對象，如圖3所示，設(shè)計試驗(yàn)，原材料PC/PBT/SAG/E-MA-GMA/MBS基本比例仍為70/30/0.5/3/6，成型按260℃加工，其結(jié)果描述如表3：

對其做毛細(xì)管流變，如圖4所示。從圖中可以看出，在一定條件加工時，其粘度變化范圍控制在2→4區(qū)間較好。超出范圍，高則出現(xiàn)粘度過大導(dǎo)致吹氣困難，低則出現(xiàn)熔體流動不均一導(dǎo)致厚薄不均勻。

圖3 門拉手圖

表3 粘度不同其加工性差異

圖4 毛細(xì)管流變分析圖

3.3 表面狀況觀察

3.3.1 顯微鏡分析

把表3中所示的加工性表現(xiàn)最差的1#和表現(xiàn)最好的3#用顯微鏡觀察，結(jié)果如圖5～6所示：

從圖中可以看出，3#具有良好的表面效果，而1#則表現(xiàn)出外觀不平整、不光滑，說明粘度不當(dāng)則導(dǎo)致外觀瑕疵。

圖5 表3中1#制件表面效果（200倍）

圖6 表3中3#制件表面效果（200倍）

3.3.2 SEM電鏡分析

圖7是上述1#和3#電鏡照片，可以看出，3#微觀形貌更呈現(xiàn)良好的分散——呈現(xiàn)雙連續(xù)相態(tài)結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品的性能更加均一、更加穩(wěn)定，而1#則表現(xiàn)出分散不均的現(xiàn)象。

圖7 AX-8900加入0/3phr的對比SEM照片

4 結(jié)論

（1）對PBT預(yù)先用SAG封端一定程度上也抑制了材料的酯交換反應(yīng)，從而提高材料的抗熱降解的能力，增強(qiáng)了材料的熱穩(wěn)定性；同時，光氣法合成的PC引入后對材料的熱穩(wěn)定性有一定的改善效果；

（2）粘度需控制在一定范圍內(nèi)較好。超出范圍，高則出現(xiàn)粘度過大導(dǎo)致吹氣困難，低則出現(xiàn)熔體流動不均一導(dǎo)致厚薄不均勻；這一點(diǎn)很重要；

（3）外觀良好的制件表面通過顯微鏡和SEM觀察也表現(xiàn)出光滑和相態(tài)均一的特性。

[1]韓先洪，葛學(xué)偉，等．考慮氣指效應(yīng)的氣輔成型穿透行為的工藝優(yōu)化[J]．高分子材料科學(xué)與工程，2010，26（11）：161-164

[2]張響，童水光，李倩，等．應(yīng)用軟計算優(yōu)化氣輔注射成型工藝[ J ]．化工學(xué)報，2008，（02）: 508- 513

[3]梁繼才，蘇梅，等．汽車把手件氣輔成型氣指缺陷影響因素分析[J]．機(jī)械工程學(xué)報，2008，44（12）：303-307