PC/PBT合金材料汽車門把手異常變黃現(xiàn)象的改進(jìn)設(shè)計(jì)

陳霞

摘 要：聚碳酸酯（PC）/聚對苯二甲酸丁二酯（PBT）合金材料是汽門門把手較長使用的一種材料，但在注塑的過程中，該材料非常容易發(fā)生變黃現(xiàn)象。通過對人員、注塑設(shè)備、材料等可能引起變黃的現(xiàn)象進(jìn)行分析，證實(shí)導(dǎo)致其變黃的主要因素是PC與PBT共混改性之后，所產(chǎn)生的大量低分子物質(zhì)因高溫影響所致。另通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在PC與PBT共混改性時(shí)，向其中加入酯交換抑制劑磷酸二氫鈉，發(fā)現(xiàn)隨著磷酸二氫鈉份數(shù)的增加，變黃現(xiàn)象改善效果越顯著。

關(guān)鍵詞：PC/PBT合金材料；汽車門把手；異常變黃；改進(jìn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.062

1 PC/PBT合金材料介紹

聚碳酸酯（PC）是分子鏈中含有大量碳酸酯基的高分子聚合物，根據(jù)酯基的結(jié)構(gòu)可將其分為芳香族、脂肪族等類型，盡管該材料是目前工程塑料中應(yīng)用較廣，且性能優(yōu)良的一種。但PC的成型加工難度較大且耐化學(xué)藥性也非常差等。聚對苯二甲酸丁二酯（PBT）同樣是一種具有良性性能的工程塑料，其與PC一樣是一種線型飽和聚酯、結(jié)晶與聚酯，具有較高耐疲勞性、優(yōu)良的強(qiáng)韌性和耐磨性。但PBT的沖擊強(qiáng)度較差且耐熱性較差。

PC與PBT兩者具有較高的共混改性，兩者之間各具優(yōu)勢相互補(bǔ)充，通過兩者共用可有效改善PC加工難度大和耐化學(xué)藥性差，PBT沖擊強(qiáng)度不高與耐熱性差等缺陷，從而獲得具有抗沖、耐熱、耐化學(xué)藥品與易加工等特性的PC/PBT合金。該合金是工業(yè)制造中較長應(yīng)用的材料，其多用于汽車殼部件、電器外殼零件、裝飾材料以及汽車門把手等。但在運(yùn)用PC/PBT合金制作汽車門把手時(shí)，在高溫注塑成型的過程中極易發(fā)生異常變黃現(xiàn)象，給后續(xù)噴涂外觀造成較大影響。

2 實(shí)驗(yàn)部分

為改善PC/PBT合金材料汽車門把手異常變黃的現(xiàn)象，本研究通過實(shí)驗(yàn)研究對了解其變黃原因，并提出相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方法。

2.1 材料與儀器

（1）主要儀器、設(shè)備。熱重（TG）分析儀（美國TA儀器有限公司，型號：Q500型）；注塑機(jī)（德瑪克控股集團(tuán)有限公司，型號：DMK200A-SC）。

（2）主要材料。PBT樹脂（成都市萬騰塑料有限公司，S600NC010）；PC樹脂（東莞國嘉誠塑膠）。

2.2 加工過程分析

自行完成PC/PBT合金材料的制作，成品呈現(xiàn)為白色顆粒狀。按照表1與表2工藝條件，完成PC/PBT合金材料初次注塑成型。

將成型溫度控制在230-270℃范圍內(nèi)，在確保注塑成型之后，觀察發(fā)現(xiàn)PC/PBT合金門把手出現(xiàn)了非常明顯的變黃，這使得初次加工產(chǎn)品外觀受到了較大影響。不合格門把手與合格門把在噴涂后，其外觀明顯不同。對各方面因素進(jìn)行全面排查，操作人員均經(jīng)過嚴(yán)格培訓(xùn)，且均為持證上崗，在操作過程中嚴(yán)格按照作業(yè)流程執(zhí)行，排除人為影響因素；對注塑機(jī)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其能夠正常運(yùn)行，且不會(huì)對制品外觀造成較大影響；對注塑速度、壓力和熔膠等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，發(fā)現(xiàn)門把手外觀發(fā)生了不同的變化，但仍然無法改善變黃的現(xiàn)象。通過對所選取的原材料進(jìn)行分析，所運(yùn)用到原材料主要有PBT、PC與抗氧化劑、硅油等，對其進(jìn)行一步驗(yàn)證。

2.3 原材料分析

如表3所示，本研究所運(yùn)用的原材料分配比。

（1）樹脂。首先對PC與PBT進(jìn)行驗(yàn)證，判斷其是否為導(dǎo)致門把手發(fā)生變色的主要原因。對PC與PBT進(jìn)行烘干處理，并完成注塑處理，對注塑速度、壓力進(jìn)行調(diào)整，確保其能夠高于正常注塑，注塑速度控制為80mm/s，壓力控制為90MPa，與此同時(shí)，將熔體背壓調(diào)整到最大值，對樹脂實(shí)際注塑期間發(fā)生的極端現(xiàn)象進(jìn)行模擬，觀察該工藝是否會(huì)導(dǎo)致材料發(fā)生異常變色。

驗(yàn)證結(jié)果顯示，當(dāng)升溫速度達(dá)到每分鐘10℃時(shí)，PC與PBT樣板并未發(fā)生變黃現(xiàn)象，這表明其具有非常好成型耐溫性。

（2）助劑。對對抗氧劑1010在高溫下的分解情況進(jìn)行驗(yàn)證分析，驗(yàn)證條件：升溫范圍控制在40-600℃范圍內(nèi)，升溫的速率保持為每分鐘10℃。如圖1所示抗氧劑TG曲線，通過曲線我們可以觀察到，在362℃高溫下，抗氧劑并未發(fā)生分解，且當(dāng)溫度上升到398℃時(shí)，失重率也僅僅控制在5%以內(nèi)。由此可知，在230-270℃范圍內(nèi)，對PC/PBT合金材料進(jìn)行加工，抗氧劑均不會(huì)導(dǎo)致其發(fā)生變色。

如表4所示，通過不同溫度下，對1000號甲基硅油進(jìn)行TG分析。

通過對上述兩種助劑進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在260℃的高溫環(huán)境下，并不會(huì)發(fā)生分解，而當(dāng)溫度上升到300℃時(shí)，失重的比率甚至不到1%，并且常規(guī)情況下，合金材料的加工溫度范圍控制在230-270℃之間。由此可知，在材料注塑加工溫度范圍內(nèi)，助劑均不會(huì)出現(xiàn)分解變色現(xiàn)象。

2.4 外觀分析

為了進(jìn)一步了解導(dǎo)致合金材料發(fā)生異常變色的原因，我們設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案：取4份當(dāng)PC/PBT合金材料，將其編制為1-4號，其中PBT的用量分別取45、35、25、20份，保持硅油和抗氧劑配方量不變。將注塑的溫度提升到270℃，并完成溶膠處理后，停留0min和8min，再行注塑圓形試樣，對不同PBT用量配方材料注塑圓形試樣表面顏色變化進(jìn)行分析。觀察結(jié)果發(fā)現(xiàn)，45份PBT配方，停留0min時(shí)會(huì)立刻注塑，圓形試樣也表現(xiàn)出非常明顯的變黃現(xiàn)象。但隨著PBT分量的逐漸減少，停留0min時(shí)注塑后，圓形試樣的變黃現(xiàn)象也在逐漸減輕。在停留8min后注塑實(shí)驗(yàn)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，不同配方注塑后，圓形試樣的變黃現(xiàn)象更加顯著，這表明注塑停留的時(shí)間越長，則越可能導(dǎo)致其變黃。我們在汽車門把制作中，所采用的配方為PBT35份，當(dāng)兩種樹脂相互作用后產(chǎn)生變化導(dǎo)致門把發(fā)生異常變化。

3 改進(jìn)設(shè)計(jì)

為了有效改善在加工期間發(fā)生的酯交換反應(yīng)，改善PC/PBT合金材料汽車門把手異常變黃的現(xiàn)象，需要在加工期間增加酯交換抑制劑，可加入抑制劑主要有兩種，其中一種為固體磷酸二氫鈉，另一種為液體亞磷酸三苯酯。前者液體助劑在進(jìn)行材料共混加工處理的過程中，會(huì)出現(xiàn)非常明顯的粘附現(xiàn)象，導(dǎo)致其添加的劑量準(zhǔn)確性受到影響，并且在將液體助劑加入到存放的材料中后，會(huì)揮發(fā)出大量的有刺激性氣味的情況，這與倡導(dǎo)環(huán)保的要求不相符；后者是一種固體顆粒非常方便，在進(jìn)行共混的過程中，容易確保其均勻性，并且并不會(huì)散發(fā)出大量的氣味。

在合金材料共混改性的過程中，分別向其中加入0.3、0.5、0.8份的磷酸二氫鈉，在將其完全混合之后制造成顆粒，再以270℃高溫進(jìn)行熔膠處理，停留時(shí)間保持在8min完成圓形試樣的注塑。通過對試樣變色情況對磷酸二氫鈉含量盡量調(diào)整，通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，隨著磷酸二氫鈉含量的逐漸增加，試樣的變黃現(xiàn)象逐漸減輕，當(dāng)向其中加入磷酸二氫鈉的過程中，圓形試樣變黃已經(jīng)不在顯著，當(dāng)配方中磷酸二氫鈉的含量達(dá)到0.8份時(shí)，試樣已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)了無變黃。PC/PBT合金材料發(fā)生異常變黃現(xiàn)象主要是由于PC與PBT在進(jìn)行酯交換反應(yīng)的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的低分子物質(zhì)，這些物質(zhì)由于受到高溫的影響而發(fā)生變色反應(yīng)。通過向其中添加酯交換抑制劑，其能夠有效抑制酯交換反應(yīng)，從而達(dá)到改善變換現(xiàn)象的效果。

4 結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)向合金材料中，分別添加0.3、0.5、0.8份酯交換抑制劑磷酸二氫鈉，其能夠?qū)崿F(xiàn)對酯交換反應(yīng)的抑制，從而達(dá)到控制合金材料變黃現(xiàn)象，且隨著磷酸二氫鈉所添加份數(shù)的增加，其變黃改善效果越顯著，這在改善合金材料后期噴漆加工上發(fā)揮了重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李洪波，翟海峰.汽車覆蓋件門把手表面品質(zhì)光影質(zhì)量的提升[J].模具制造，2014（07）：33-35.

[2]程威，張芹.汽車門外開把手的數(shù)字設(shè)計(jì)與研究[J].輕型汽車技術(shù)，2015（Z1）：3-5.