PC+ABS產品噴涂咬底問題機理研究

趙曦明，李鑫，杜鵬程

PC+ABS產品噴涂咬底問題機理研究

趙曦明，李鑫，杜鵬程

（諾博汽車系統有限公司，河北 保定 071000）

文章對PC+ABS產品在噴涂過程中咬底問題從基材內應力、溶劑與基材匹配性進行了研究。以咬底問題發生機理為切入點，對咬底問題進行系統性分析。對PC+ABS產品開發設計及后續噴涂規范要求提供借鑒。

PC+ABS材料；基材內應力；溶劑與基材匹配性

1 綜述

PC+ABS（聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物）材料具有良好的綜合性能廣泛應用于汽車內外飾零部件、通信器材、家電用品及照明設備上。但是其耐化學品腐蝕的性能差、基材產品內部應力易過大從而導致產品出現開裂等缺陷。特別是當PC+ABS材料被噴涂某些車身外飾漆時，稀釋劑的分子能夠滲透到塑料的大分子之間，降低分子間的彼此作用力，即降低了塑料材料的強度。如果塑料零件某個位置的內應力集中，稀釋劑腐蝕性超過基材表面耐腐蝕性，該位置即發生開裂，也就是行業內俗稱的“咬底”（如圖1）。

對咬底產品缺陷位置進行微觀觀察（如圖2），咬底位置基材出現開裂問題。造成基材開裂的原因主要有基材內應力開裂及稀釋劑對基材的腐蝕開裂兩種因素。基于咬底問題優化的理念，經過多個項目的實踐總結，在PC+ABS產品生產過程中降低基材自身的內應力，降低稀釋劑的溶解力，提高基材與稀釋劑的匹配性，在生產中可得到了預期的效果。

圖1 某車型后背門外飾板咬底外觀圖示

2 基材內應力研究分析

降低基材內應力主要從產品結構、模具設計、注塑工藝，熱處理四方面進行驗證。

2.1 產品自身結構

結構設計對塑料零件的內應力有較大影響，它在一定程度上還決定了模具的設計和注塑的工藝。一般來說，結構設計應盡量保持其連續性，避免銳角、直角、缺口、突然的擴大或縮小、壁厚的巨大差異等。所有的邊角連接處都應設計成圓角來過渡，所有的壁厚突變區域均需要過渡接順。

圖2 咬底缺陷微觀圖示

某車型后背門外飾板咬底發生在車標上方，車標位置壁厚過渡突兀且結構較多此處位置應力容易集中（如圖3）。從應力分析對比，有車標的產品，車標位置應力集中較明顯。

圖3 某車型后背門外飾板應力分析對比

2.2 模具設計因素

模具的澆注系統對塑料零件內應力的影響較大。澆注系統主要考慮澆口的尺寸、位置和主澆道的大小、長短。①澆口尺寸不宜太小，過小的澆口會造成太大的流動阻力，產生取向應力。（澆口也不易過大，PC+ABS材料硬度大，澆口過大不易修整）②主流道太長、流道太窄、流道方向的急劇轉折都會使流動阻力加大，會使制品產生更高的取向應力。

圖4 不同澆口壓力驗證

圖5 澆口殘余應力對比

依照模流分析結果，充填壓力越大產品殘余應力越高，針對PC+ABS類噴漆產品，盡量降低充填壓力，選用壓力損失小的側澆口（如圖4、圖5）。特對此對PC+ABS產品澆口設計做出標準規范（如圖6），使用標準化澆口方案對某車型后背門外飾板進行驗證，結果如圖7所示，從模流分析結果來看，A車型后背門外飾板澆口位置無應力集中。

圖6 澆口設計標準規范

圖7 某車型后背門外飾板應力分析

2.3 噴涂前熱處理

熱處理是解決塑料制品內應力的通用方法，其原理是：塑料制件受熱可以使得高分子鏈由不平衡構象向平衡構象轉變，使被急速冷卻成型而處于不穩定狀態的高分子鏈進行熱松弛，進而趨向無規卷曲的自由狀態，從而減小了內應力。一般熱處理溫度要低于其熱變形溫度（低10~20℃）為宜，退火的時間一般不低于2h。

我司使用的PC+ABS材料其熱變形溫度在105°左右，故選用85°的烘烤溫度對產品進行烘烤，并使用醋酸乙酯與正丁醇1:1溶劑進行擦拭，確認應力消除情況（如圖8）。

圖8 烘烤前后驗證效果

表1 烘烤前后咬底數量對比

如表1所示，烘烤產品可降低產品內應力，烘烤2h可降低大部分應力，噴涂前的烘烤處理有利于降低產品局部應力集中，降低咬底發生率，但咬底問題無法完全消除。

2.4 注塑工藝的影響因素

注塑制品由于成型工藝特點存在內應力, 但工藝條件控制得當就會使塑件內應力降低到最小程度, 能夠保證制件的正常使用。需要控制的工藝條件有模具溫度、加工溫度、注射速度、注射壓力、保壓壓力、注射時間、保壓時間、冷卻時間等。溫度、壓力、時間是塑料成型工藝的主要因素。根據應力產生機理，得出的工藝調整方向（如表2）。

表2 注塑工藝對應力的影響

針對某車型車型后背門外飾板咬底問題進行驗證，通過提高模具溫度，降低注射保壓壓力及速度等調整，噴涂驗證產品50件，未出現咬底問題（如圖9）。

3 稀釋劑與基材匹配性研究分析

3.1 降低稀釋劑腐蝕性

選用不同的溶劑對現有產品不咬底位置進行涂覆實驗，結果如圖10所示。

圖10 不同溶劑涂覆實驗

溶劑順序：甲苯；二甲苯；正丁醇；醋酸丁酯；醋酸乙酯；環己酮；丙二醇甲醚醋酸酯；芳烴S-100；3-乙氧基丙酸乙酯。通過對比產品表面發白及開裂程度得出：稀釋劑中不同的溶劑對基材的腐蝕性不同，腐蝕性強的溶劑在噴涂不出現咬底的位置也會腐蝕基材產生裂紋。

現我司目前使用的底漆稀釋劑中主要成分占比：醋酸乙酯：25%；環己烷：40%；二丙酮醇：5%；100#溶劑油：15%；甲苯：10%；乙醚：5%。通過對單溶劑與現PC+ABS材料匹配實驗結果如下表3所示。

表3 單溶劑匹配實驗

以現有PC/ABS為例，溶劑溶蝕性排序（強弱）：二丙酮醇＝丁醚>甲苯>醋酸乙酯>X-20C（現用稀釋劑）>100#溶劑油＝ IBIB>環己烷。根據單個溶劑的匹配結果，在配方可滿足油漆稀釋劑性能的前提下使用異丁酸異丁酯代替二丙酮醇、甲苯、丁醚，達到減小稀釋劑腐蝕性的效果。如表4所示：

表4 現用稀釋劑優化方案

3.2 提升原材料耐腐蝕性

通過查詢相關文獻，確認原材料中影響耐腐蝕開裂性的成分主要為：①PC與ABS的比例；②材料的流動性；③耐溶劑類添加劑的增加。現使用PC+ABS產品中，PC和ABS成分含量各占50%。以下將在這三個方面對原材料配方進行調整，并進行噴涂驗證。

圖11 噴條方式

圖12 開裂判定等級

利用噴瓶將油漆溶劑噴涂到樣條表面指定位置（如圖11）。經過一定時間流平，放入烘箱中烘烤。烘烤后，觀察外觀評估表面。評估過程需滿足：①每個位置保證噴涂量一致；②流平時間固定；③烘干時間及溫度固定。依據不同樣條的開裂程度將所有的實驗樣條分為五個開裂等級，通過確認樣條上三個噴涂位置的開裂程度記錄數據并求平均值，即為該樣條的開裂等級，如圖12所示。

使用調整前后的原材料及稀釋劑制作樣條并進行噴涂實驗，咬底情況如下表5所示。使用單一溶劑與原材料匹配實驗結果如下表6所示。

表5 調整前后原材料噴條驗證結果

通過上述實驗驗證，得出①原材料中的PC含量提高會改善咬底問題（2.8→2.5），但不明顯；②原材料流動性增加會改善咬底問題（2.8→2.6），但不明顯；③增加聚酯類成分添加劑對咬底問題有明顯改善（2.8→1.0）。通過對結果進行分析對比，材料優化方案為在原材料基礎上增加聚酯類添加劑。添加了約5%化學結構較穩定的聚酯類組分到PC+ABS中提高產品的耐溶劑腐蝕性。這個組分耐溶劑性優良，該組分分布在PC+ABS中，能一定程度地阻隔溶劑，避免溶劑過分往下溶蝕，降低了材料表面溶脹和開裂的程度，從而提高了PC/ABS的耐腐蝕性。

表6 單一溶劑與原材料匹配實驗結果

4 總結

通過對PC+ABS產品咬底的機理分析有效的提高了噴涂產品質量穩定性，其不僅可以縮短技術人員的工作量從而縮短問題解決周期，而且提高了產品的噴涂合格率，節約工廠生產成本。在PC+ABS產品開發當中將產品結構、模具設計、噴涂前處理、合理的注塑工藝、稀釋劑腐蝕性、原材料耐腐蝕性科學系統的結合，使得生產設計過程更趨于系統、合理化。產品過程開發中科學精細的設計和原材料粒子、油漆稀釋劑的開發可以有效防止問題的發生，提高了產品合格率。

[1] 高亞輝,孫偉,龐堯.汽車塑料件涂裝與常見缺陷.[J]現代涂料與涂裝,2013.12.

[2] 狄春峰,胡仁其.汽車塑料零件內應力淺論.[J]上海塑料,2001,02.

[3] 吳麗英.熱塑性塑料注塑制品內應力分析.[J]塑料工業,10.3969/ j.issn.1005-3360.2001.01.009.

[4] 姜金龍,徐金成,寇昕麗.ABS工程塑料的生命周期評價研究[J].鄭州大學學報(理學版),2006,38 (2):59-63.

[5] 丁杰,路旭斌,昝靈興等.ABS工程塑料表面無鉻二氧化錳微蝕粗化的研究[J].電鍍與涂飾,2012,31(6):27-30.

Study on Mechanism of Spraying Bottom of PC+ABS Products

Zhao Ximing, Li Xin, Du Pengcheng

( Nobo Automotive System Co. Ltd., Hebei Baoding 071000 )

In this paper, the bottom biting problem of pc + ABS products during spraying was studied from the internal stress of the substrate, the matching property of solvent and the substrate. Based on the mechanism of bottom biting problem, the bottom biting problem is systematically analyzed. To provide reference for pc + ABS product development and design and subsequent spraying specification requirements.

PC+ABS material; Substrate Internal Stress; Matching between solvent and substrate

B

1671-7988(2019)21-204-04

U445

B

1671-7988(2019)21-204-04

趙曦明，就職于諾博汽車系統有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.21.073

CLC NO.:U445