汽車保險(xiǎn)杠使用PA/EGMA合金材料的研究

林 博

（華晨汽車工程研究院沖壓工藝處，遼寧 沈陽 110141）

汽車保險(xiǎn)杠使用PA/EGMA合金材料的研究

林 博

（華晨汽車工程研究院沖壓工藝處，遼寧 沈陽 110141）

采用聚乙烯—甲基丙烯酸縮水甘油酯（EGMA）作為增容劑和增韌劑，利用反應(yīng)增容技術(shù)制備了PA6/EGMA的合金。通過試驗(yàn)確定了PA/EGMA合金汽車保險(xiǎn)杠新材料的最佳配方，提高合金的綜合性能。該合金具有良好的加工性能，較高的抗沖擊性能并易于噴涂，是綜合性能優(yōu)良的抗沖擊新產(chǎn)品。PA6/EGMA合金表現(xiàn)出非粘彈性高分子材料在高速?zèng)_擊時(shí)仍然具有較高的韌性的特性。

尼龍6；聚乙烯—甲基丙烯酸縮水甘油酯；合金；保險(xiǎn)杠；非粘彈性

CLC NO.: U465.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)01-70-03

前言

20世紀(jì)90年代以來，世界汽車工業(yè)，特別是中國(guó)汽車工業(yè)不斷發(fā)展，汽車產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)[1]。節(jié)能、環(huán)保、低成本成為當(dāng)前汽車工業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)。塑料應(yīng)用于汽車工業(yè),主要是為了減輕汽車自重, 從而節(jié)約能源, 以及提高汽車的舒適性和安全性。利用部分塑料制品代替昂貴的有色金屬和合金材料，不僅可以降低零部件加工工藝、裝配與維修的費(fèi)用，還可以減輕零部件約40%的重量，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的[2]。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和對(duì)新材料更高性能的要求，塑料合金材料已逐漸引起重視。

在汽車零部件中, 保險(xiǎn)杠對(duì)原材料的要求最為苛刻。保險(xiǎn)杠是通過吸收運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量，使傳遞到車身的荷載最小化，以降低對(duì)車輛的損壞及車內(nèi)人員的傷害。它需要材料具有超高沖擊強(qiáng)度、耐溫性好、耐候性好、高流動(dòng)性、足夠的剛性等性能。聚酰胺6(PA6,俗稱尼龍6)是目前應(yīng)用最廣泛的一類工程塑料[3]。與其他工程塑料相比，其具有力學(xué)強(qiáng)度高、韌性好、耐磨、耐油等優(yōu)良的綜合性能，是一種強(qiáng)韌的塑料，特別是在吸濕狀態(tài)下，它的抗沖擊強(qiáng)度極高[4]。但PA6也存在耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿性差、濕態(tài)和低溫沖擊強(qiáng)度低、吸水率大、熔體流動(dòng)性大等缺陷，大大限制了它的應(yīng)用范圍[5]。多年來人們采用共混、共聚、填充[6]和分子復(fù)合等改性手段，來改善和提高PA6的性能，其中共混和增強(qiáng)改性具有投資少、見效快等特點(diǎn)，成為近十多年來發(fā)展最為迅速的方法之一。

本研究采用聚乙烯—甲基丙烯酸縮水甘油酯（EGMA）作為尼龍6（PA6）增容劑和增韌劑，通過EGMA不同用量，系統(tǒng)考察了PA6/EGMA共混體系的力學(xué)性能，使其在高速?zèng)_擊時(shí)仍然具有較高韌性。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

PA6(中國(guó)石油化工股份有限公司石家莊煉化分公司，Q/SHSL301-2007)；EGMA（法國(guó)阿托，AX8900）；抗氧劑1010（市售）。

1.2 主要儀器及設(shè)備

雙螺桿擠出機(jī)：SHJ-20型，南京杰恩特機(jī)電有限公司；注塑機(jī)：NG-120A型，無錫格蘭機(jī)械有限公司；微機(jī)萬能控制電子實(shí)驗(yàn)機(jī)：RGL-30A型，深圳瑞格爾儀器有限公司；懸臂梁沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)：GT-7100-MI型，臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司；高速落錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)：日本提供；紅外光譜儀：IS10型美國(guó)Nicolet公司。

1.3 試樣制備

將原料在100℃鼓風(fēng)干燥箱烘干16小時(shí)，將PA6與其他助劑按配比均勻混合后，加入雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出造粒，得到的共混合金在，在注射機(jī)中注射制成標(biāo)準(zhǔn)試樣。

1.4 性能測(cè)試

拉伸強(qiáng)度性能測(cè)試參照GB/T9341-2000進(jìn)行。缺口沖擊性能測(cè)試參照GB/T1043-79進(jìn)行。洛氏硬度測(cè)試參照GB/T531-1997進(jìn)行，用XHR-150型塑料洛氏硬度計(jì)測(cè)量試樣的洛氏硬度，標(biāo)尺HRL，壓頭直徑6.35 mm，總試驗(yàn)力588.4 N。將1gPA6合金在50mL左右的二甲苯加熱回流，將沉淀物用丙酮反復(fù)洗滌，過濾，在90℃鼓風(fēng)烘箱中干燥10小時(shí)后，壓成薄膜，放入紅外光譜儀中測(cè)試。使用外層直徑50mm、厚度2mm、高度150mm的圓筒狀樣品，在高速落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)落錘193kg，高度0.5m，沖擊速度11.3kg/ h，沖擊能945J下進(jìn)行的。

2、結(jié)果與討論

2.1 PA6合金的力學(xué)性能測(cè)試

圖1為PA6合金體系的缺口沖擊強(qiáng)度與EGMA用量的關(guān)系。從圖1可以看出當(dāng)PA6與EGMA質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比為70:30時(shí)，共混體系的缺口沖擊強(qiáng)度大為提高，并且隨著EGMA含量的增加，其缺口沖擊強(qiáng)度呈明顯的上升趨勢(shì)，共混體系得到了較好的韌性[7]。這是由于EGMA含有較高反應(yīng)活性的環(huán)氧基團(tuán)與PA6末端氨基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，提高兩相界面的結(jié)合力，明顯改善了共混合金的相容性，提高了PA6合金共混體系的缺口沖擊強(qiáng)度。

圖2給出EGMA含量對(duì)PA6/EGMA合金拉伸性能曲線。由圖可以看出，PA6合金體系隨著拉伸速度的增加，體系彈性模量下降，斷裂伸長(zhǎng)率提高。這是由于EGMA在合金體系中起到增韌劑的作用，而隨著EGMA含量的增多，分散相與基體的界面粘接作用增強(qiáng)，共混體系的拉伸力學(xué)性能受到了明顯影響。

圖3給出PA6/EGMA共混物試樣在高速落錘沖擊試驗(yàn)中形態(tài)的變化過程。（a）是PA6試樣在試驗(yàn)機(jī)落錘過程時(shí)的變化，當(dāng)落錘稍微加力接觸到試樣時(shí)即破壞，最后完全粉碎，說明PA6表現(xiàn)出一般彈性體性質(zhì)，即低沖擊顯韌性而高沖擊顯脆性；（b）圖所示，PA6/EGMA合金體在整個(gè)試驗(yàn)過程中完全無裂損，表現(xiàn)出非粘彈性高分子材料特性，即高速?zèng)_擊時(shí)仍然具有較高的韌性。

2.2 共混物紅外光譜法定性分析

由圖4給出了共混物的紅外光譜圖。可以看出譜線A與譜線C基本相同，這說明PA6/EGMA簡(jiǎn)單的機(jī)械共混對(duì)PA6的改性效果不是很明顯。譜線A與譜線C相比峰值在1600cm-1附近和2 800 cm- 1附近出現(xiàn)了明顯的PA6特征吸收峰，這表明通過EGMA增容劑的環(huán)氧基團(tuán)與PA6分子上的端氨基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成了接枝聚合物。

3、結(jié)論

在PA6合金共混體系中，隨著EGMA加入量的增加，共混體系的抗拉強(qiáng)度隨著EGMA含量的增加而減小。

在PA6合金體系中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的EGMA時(shí)，PA6合金的沖擊強(qiáng)度提高了5倍，斷裂伸長(zhǎng)率提高了3倍左右，增韌劑的加入使得共混體系的韌性得到了很好的改善。

當(dāng)PA6與EGMA配比為70:30時(shí)，在高速落錘沖擊試驗(yàn)過程中完全無破損，表現(xiàn)出非粘彈性高分子材料在高速?zèng)_擊時(shí)仍然具有較高的韌性的特性。

在高速落錘沖擊試驗(yàn)中，落錘自由落下沖擊時(shí)的形變可以來評(píng)價(jià)保險(xiǎn)杠的作用—高沖擊能吸收部件。

[1] 鐘明強(qiáng).聚丙烯汽車保險(xiǎn)杠材料的研究、開發(fā)和進(jìn)展[J]. 汽車工藝與材料, 2007, 12(2):53-55.

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Research on Automobile Bumper using the PA6 /EGMA Alloy Materials

Lin Bo
(Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Press Process Section,Liaoning Shenyang 110141)

The PA6/EGMA alloy was prepared using EGMA as compatibilizer and toughener in a reactive extrusion process. The optimum processing parameter and formulation for the PA6/EGMA alloy of Car Bumper new materials were determine, blends of the alloy could be improved. The alloy had a good process ability, higher impact resistance and spray-paint easily, being a new product excellent comprehensive performance impact. The PA6/EGMA alloy Show the non-viscoelastic polymer materials in high speed impact still has higher toughness properties.

PA6; EGMA; alloy; compatibilize; bumper; non-viscoelastic

U465.4

A

1671-7988(2015)01-70-03

林博，就職于華晨汽車工程研究院沖壓工藝處。