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)品使用后沒有可見劃痕將維持產(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)角度來看消費(fèi)者更傾向紋理表面在將來起支配性的作用。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Erichsen劃出的圖案。亮度差通過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?；酆枯^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)過程中，更加重要的是在用戶使用過程。

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)材料的氣味沒有任何影響。這一點(diǎn)對(duì)于通過汽車廠家氣味測(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?；哿６戎笜?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)于終用戶來說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)問題。比如氣味吸收劑。有時(shí)客戶必須使用來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．