塑料抗劃痕性能測(cè)試報(bào)告

由于各種聚丙烯塑料在汽車行業(yè)中的應(yīng)用日益增加，要求提供一種新型助劑保證材料具備長(zhǎng)期抗劃痕性能。

許多塑料行業(yè)將得益于抗劃痕性能，不管產(chǎn)品采用何種塑料。如手椅和家具的配件，日用消費(fèi)品，電腦配件，尤其是汽車行業(yè)。如今的消費(fèi)者期望他們的物品使用了一段時(shí)間后看上去仍象新的一樣。即使是使用了很長(zhǎng)的時(shí)間。如果手提電腦外殼或者儀表盤上有許多看得見(jiàn)的劃痕將不能滿足要求，人們會(huì)認(rèn)為產(chǎn)品貶值。如果產(chǎn)品使用后沒(méi)有可見(jiàn)劃痕將維持產(chǎn)品良好的形象/品牌。客戶去了新的采購(gòu)部后仍會(huì)傾向于該公司的產(chǎn)品。為了保證使用過(guò)程中表面不出現(xiàn)劃痕，可以使用高分子量塑料如尼龍（PA），苯乙烯以主的塑料（ABS，SAN）。或者在普通塑料如PP聚丙烯中添加一些助劑以增強(qiáng)材料的機(jī)械性能。這篇文章總結(jié)了抗劃痕聚丙烯塑料在汽車行業(yè)中現(xiàn)狀。主要是產(chǎn)品應(yīng)用，抗劃痕性能測(cè)試，不同的助劑技術(shù)及其它影響抗劃痕性能的參數(shù)。

汽車行業(yè)

很多塑料如PA,ABS,PC（聚碳酸酯）/ABS,PA/PP,TPU(熱可塑性聚氨酯)都廣泛應(yīng)用在汽車和卡車行業(yè)。但是汽車行業(yè)正在進(jìn)行成本節(jié)約，所以添加了滑石粉的PP，PP/TPO（熱塑性聚烯烴）也越來(lái)越重要。但如果不進(jìn)一步處理如噴涂抗劃痕涂料，這類材料的抗劃痕性能是不能滿足汽車行業(yè)的要求的。但從成本角度考慮額外的噴涂對(duì)于高檔車可以承受。但中小型車也需要具備抗劃痕性能。因此需要一種新型助劑使塑料本身具備抗劃痕性能，消除對(duì)涂料的依賴。圖1為典型的汽車塑料件-門把手，它是由PP和添加20%玻璃纖維的PA材料組成的。塑料一般用于內(nèi)部的部件如門板，儀表盤，中央控制臺(tái)，還有外部配件如保險(xiǎn)杠。由于力學(xué)性能原因，汽車塑料件成分有PP，滑石粉以及根據(jù)終應(yīng)用取代部分PP材料的TPOS。含有TPOS的塑料由于力學(xué)柔韌性增強(qiáng)特別適用于外飾件。所有組成成分如聚合物形式，滑石粉等級(jí)甚至色母都會(huì)影響注塑件的抗劃痕性能。對(duì)于每一個(gè)終成形件，如保險(xiǎn)杠，儀表盤，每個(gè)汽車制造商或材料供應(yīng)商的都有自己特定的配方，配方一般不同。導(dǎo)致很多材料應(yīng)用在汽車PP塑料件中。這意味著抗劃痕助劑必須與許多種塑料兼容。所以對(duì)于汽車行業(yè)理想的助劑在調(diào)節(jié)力學(xué)性能如硬度，彈性，CLTE（熱膨脹系數(shù)）值，低溫沖擊強(qiáng)度或價(jià)格時(shí)不能受不同材料限制。

在過(guò)去的幾年車廂上使用的作為標(biāo)準(zhǔn)的光面塑料已經(jīng)被紋理表面塑料所取代。紋理表面塑料不僅外觀美觀，手感也明顯好了很多。圖2為在歐洲和美國(guó)汽車制造商中廣泛應(yīng)用的典型塑料。這種塑料一般應(yīng)用于汽車內(nèi)飾件。除了材料成分，表面的特性對(duì)抗劃痕性能也有顯著的影響。光滑表面比紋理表面較不容易劃傷。從設(shè)計(jì)原因和紋理表面塑料的優(yōu)點(diǎn)角度來(lái)看消費(fèi)者更傾向紋理表面在將來(lái)起支配性的作用。由于紋理表面的重要但較容易劃傷，Evonic集中精力研究這種表面抗劃痕性能。

典型的汽車塑料內(nèi)飾件一般是以下配方：

PP共聚物（＋熱塑性聚烯烴）               48-78%

色母料                                                   2-5%

滑石粉                                                  15-40%

TEGOMER 抗劃痕100                        2-4%

 其它助劑                                              1%

（比如抗氧化劑；UV穩(wěn)定劑，硬脂酸鈣）

 測(cè)試方法

當(dāng)前汽車行業(yè)對(duì)于評(píng)估抗劃痕性能有各種測(cè)試方法。有許多測(cè)試方法和不同的測(cè)試儀器，比如Erichsen 430P劃痕測(cè)試儀。這些儀器的測(cè)試基本原理是一樣的都是判斷表面的抗劃痕性能。對(duì)表面施于一定壓力然后對(duì)破壞結(jié)果加以量化。這意味著不同的測(cè)試方法得到的數(shù)字破壞等級(jí)沒(méi)有可比性。但不同材料的測(cè)試結(jié)果可以進(jìn)行類比。圖3為Erichsen 430P劃痕測(cè)試儀。Erichsen 430P劃痕測(cè)試儀可以進(jìn)行抗劃痕和劃傷測(cè)試。壓力可在5N-20N改變。在測(cè)試過(guò)程中劃痕工具壓力為5N和10N，劃痕速度1000mm/min。與材料表面接觸的劃痕工具為直徑1mm的球形劃痕頭。儀器可以劃出20條劃痕線圖案（10條線平行，另外10條與其垂直）。然后比較已劃痕和未劃痕表面的亮度差值以評(píng)估材料的抗劃痕性能。圖4為通過(guò)Erichsen劃出的圖案。亮度差通過(guò)BYK Gardner 儀器測(cè)量，測(cè)試結(jié)果delta L值（CieLab系統(tǒng)）用于評(píng)估材料的抗劃痕性能。圖5顯示使用有機(jī)改性硅氧烷OMS材料在劃痕測(cè)試后的表面情況及劃痕深度與delta L值之間的聯(lián)系。使用激光共聚焦顯微鏡CLSM來(lái)確定劃痕深度。由于使用OMS助劑的塑料件表面較光滑故劃痕深度可能不一致。劃痕深度越大，閃亮粒子越多比如滑石粉反射光。所以有劃痕的表面比未劃痕表面要明亮，delta L值較高。如圖5中的中心圖所示劃痕深度和delta L值之間有很好的關(guān)聯(lián)性。

該材料為聚丙烯添加40%滑石粉，黑色。是一種組成復(fù)雜的塑料件。滑石粉含量較低時(shí)劃痕深度也較低delta L值將低很多。

塑料抗劃痕性能測(cè)試報(bào)告

當(dāng)前抗劃痕技術(shù)

當(dāng)考慮何種助劑適合增加抗劃痕性能時(shí)，該助劑必須具備兩點(diǎn)。首先注塑成型后抗劃痕性能應(yīng)立即有顯著提高。第二點(diǎn)應(yīng)保持產(chǎn)品永JIU抗劃痕性，不僅是在汽車生產(chǎn)過(guò)程中，更加重要的是在用戶使用過(guò)程。

當(dāng)前汽車行業(yè)主要使用酰胺，硅油或枝接聚合物或此類的混合物作為助劑。表1為聚丙烯塑料使用不同的助劑后的抗劃痕性能比較表。表1的第YI列為聚丙烯添加了XIN研發(fā)的有機(jī)改性硅氧烷TEGOMER 抗劃痕100后的性能。該助劑不會(huì)遷移，沒(méi)有霧影光澤不會(huì)變化具備永JIU性抗劃痕性能。另外它對(duì)材料的氣味沒(méi)有任何影響。這一點(diǎn)對(duì)于通過(guò)汽車廠家氣味測(cè)試特別重要。

滑石粉的影響

 助劑的添加量對(duì)材料抗劃痕性能有著重要的影響。如圖6所示聚丙烯/滑石粉塑料采用不同的助劑并加入12%-20%粒度為3微米的滑石粉。這些材料常用于門板或儀表盤。TEGOMER 抗劃痕100使表面抗劃痕性明顯高于當(dāng)前廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)助劑。

很明顯增加壓力會(huì)使防劃痕變得更加困難。在5牛頓的壓力下不同的材料測(cè)試結(jié)果變化不大，但當(dāng)壓力增大到10牛頓時(shí)不同的材料會(huì)有明顯的區(qū)別。所以當(dāng)研究新配方時(shí)使用10牛頓來(lái)評(píng)估不同的成分。為了光澤或改變材料的機(jī)械性能而選擇的滑石粉的等級(jí)對(duì)于后的抗劃痕性能有著特別重要的影響。滑石粉粒度指標(biāo)d50及高粒度值是典型參數(shù)用于允許技術(shù)人員改變材料的后性質(zhì)以滿足特殊的汽車應(yīng)用。圖7和圖8為滑石粉18%添加量的塑料在壓力為10牛頓時(shí)delta I值。比較K31與K09兩種表面同樣顯示研發(fā)人員的不同選擇會(huì)影響產(chǎn)品性質(zhì)。然而使用TEGOMER 抗劃痕100顯示其會(huì)很好地增加抗劃痕性能且不受配方的影響。

長(zhǎng)期抗劃痕性能

即時(shí)抗劃痕性或24小時(shí)后的抗劃痕性與汽車生產(chǎn)線密切相關(guān)。對(duì)于終用戶來(lái)說(shuō)更重要的是注塑件的長(zhǎng)期或永JIU性抗劃痕性能。一般是將產(chǎn)品進(jìn)行耐老化測(cè)試在70-80℃環(huán)境下保持一周。圖9顯示了不同助劑在老化后的性能。老化測(cè)試后deltaＬ值增加顯示抗劃痕性能下降。原因在于不同的助劑遷移到了材料表面。特別是低分子量酰胺顯示測(cè)試結(jié)果很不理想。不過(guò)由于對(duì)產(chǎn)品的氣味有影響一般不需要此類助劑。硅油和接枝聚合物此類一般與酰胺結(jié)合使用，顯示delta L值也明顯增加. delta L值增加與抗劃痕性減弱可歸結(jié)為材料遷移.這種遷移不僅影響抗劃痕性能也影響表面的光澤.

如果此類助劑用于汽車塑料件并通過(guò)膠水固定可能出現(xiàn)意想不到的情況。另外表面被硅油或中間層的膠水污染后塑料件將不具備可涂性。終由于表面脫落而損壞。

將抗劃痕助劑與塑料中的其他成分結(jié)合在一起時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。比如氣味吸收劑。有時(shí)客戶必須使用來(lái)去除母料中顏料或塑料本身產(chǎn)生的氣味。TEGOMER 抗劃痕100可以很容易地與氣味吸收劑TEGOSORB P．Ｙ８８結(jié)合在一起且不會(huì)降低抗劃痕性能．

結(jié)論

　塑料的抗劃痕性能與許多參數(shù)有關(guān)導(dǎo)致必需研發(fā)出一種新型助劑來(lái)滿足汽車行業(yè)塑料件的要求．TEGOMER 抗劃痕100是一種用于聚丙烯塑料的助劑可以克服表面粒度不同，滑石粉等級(jí)或添加量不同而出現(xiàn)的問(wèn)題．該新技術(shù)用于汽車行業(yè)將不會(huì)產(chǎn)生材料遷移并保持長(zhǎng)期抗劃痕性能．