PC/PBT合金材料汽車門把手異常變黃現象的改進設計

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，該材料非常容易發生變黃現象。通過對人員、注塑設備、材料等可能引起變黃的現象進行分析，證實導致其變黃的主要因素是PC與PBT共混改性之后，所產生的大量低分子物質因高溫影響所致。另通過實驗證實，在PC與PBT共混改性時，向其中加入酯交換抑制劑磷酸二氫鈉，發現隨著磷酸二氫鈉份數的增加，變黃現象改善效果越顯著。

關鍵詞：PC/PBT合金材料；汽車門把手；異常變黃；改進

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，根據酯基的結構可將其分為芳香族、脂肪族等類型，盡管該材料是目前工程塑料中應用較廣，且性能優良的一種。但PC的成型加工難度較大且耐化學藥性也非常差等。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、結晶與聚酯，具有較高耐疲勞性、優良的強韌性和耐磨性。但PBT的沖擊強度較差且耐熱性較差。

PC與PBT兩者具有較高的共混改性，兩者之間各具優勢相互補充，通過兩者共用可有效改善PC加工難度大和耐化學藥性差，PBT沖擊強度不高與耐熱性差等缺陷，從而獲得具有抗沖、耐熱、耐化學藥品與易加工等特性的PC/PBT合金。該合金是工業制造中較長應用的材料，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。但在運用PC/PBT合金制作汽車門把手時，在高溫注塑成型的過程中極易發生異常變黃現象，給后續噴涂外觀造成較大影響。

2 實驗部分

為改善PC/PBT合金材料汽車門把手異常變黃的現象，本研究通過實驗研究對了解其變黃原因，并提出相應的改進設計方法。

2.1 材料與儀器

（1）主要儀器、設備。熱重（TG）分析儀（美國TA儀器有限公司，型號：Q500型）；注塑機（德瑪克控股集團有限公司，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，在確保注塑成型之后，觀察發現PC/PBT合金門把手出現了非常明顯的變黃，這使得初次加工產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。對各方面因素進行全面排查，操作人員均經過嚴格培訓，且均為持證上崗，在操作過程中嚴格按照作業流程執行，排除人為影響因素；對注塑機進行檢查，發現其能夠正常運行，且不會對制品外觀造成較大影響；對注塑速度、壓力和熔膠等參數進行調整，發現門把手外觀發生了不同的變化，但仍然無法改善變黃的現象。通過對所選取的原材料進行分析，所運用到原材料主要有PBT、PC與抗氧化劑、硅油等，對其進行一步驗證。

2.3 原材料分析

如表3所示，本研究所運用的原材料分配比。

（1）樹脂。首先對PC與PBT進行驗證，判斷其是否為導致門把手發生變色的主要原因。對PC與PBT進行烘干處理，并完成注塑處理，對注塑速度、壓力進行調整，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，將熔體背壓調整到最大值，對樹脂實際注塑期間發生的極端現象進行模擬，觀察該工藝是否會導致材料發生異常變色。

驗證結果顯示，當升溫速度達到每分鐘10℃時，PC與PBT樣板并未發生變黃現象，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行驗證分析，驗證條件：升溫范圍控制在40-600℃范圍內，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，抗氧劑并未發生分解，且當溫度上升到398℃時，失重率也僅僅控制在5%以內。由此可知，在230-270℃范圍內，對PC/PBT合金材料進行加工，抗氧劑均不會導致其發生變色。

如表4所示，通過不同溫度下，對1000號甲基硅油進行TG分析。

通過對上述兩種助劑進行分析發現，在260℃的高溫環境下，并不會發生分解，而當溫度上升到300℃時，失重的比率甚至不到1%，并且常規情況下，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，助劑均不會出現分解變色現象。

2.4 外觀分析

為了進一步了解導致合金材料發生異常變色的原因，我們設計了如下實驗方案：取4份當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行分析。觀察結果發現，45份PBT配方，停留0min時會立刻注塑，圓形試樣也表現出非常明顯的變黃現象。但隨著PBT分量的逐漸減少，停留0min時注塑后，圓形試樣的變黃現象也在逐漸減輕。在停留8min后注塑實驗結果中發現，不同配方注塑后，圓形試樣的變黃現象更加顯著，這表明注塑停留的時間越長，則越可能導致其變黃。我們在汽車門把制作中，所采用的配方為PBT35份，當兩種樹脂相互作用后產生變化導致門把發生異常變化。

3 改進設計

為了有效改善在加工期間發生的酯交換反應，改善PC/PBT合金材料汽車門把手異常變黃的現象，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。前者液體助劑在進行材料共混加工處理的過程中，會出現非常明顯的粘附現象，導致其添加的劑量準確性受到影響，并且在將液體助劑加入到存放的材料中后，會揮發出大量的有刺激性氣味的情況，這與倡導環保的要求不相符；后者是一種固體顆粒非常方便，在進行共混的過程中，容易確保其均勻性，并且并不會散發出大量的氣味。

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℃高溫進行熔膠處理，停留時間保持在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整，通過實驗證實，隨著磷酸二氫鈉含量的逐漸增加，試樣的變黃現象逐漸減輕，當向其中加入磷酸二氫鈉的過程中，圓形試樣變黃已經不在顯著，當配方中磷酸二氫鈉的含量達到0.8份時，試樣已經基本上實現了無變黃。PC/PBT合金材料發生異常變黃現象主要是由于PC與PBT在進行酯交換反應的過程中，會產生大量的低分子物質，這些物質由于受到高溫的影響而發生變色反應。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，從而達到改善變換現象的效果。

4 結論

通過實驗向合金材料中，分別添加0.3、0.5、0.8份酯交換抑制劑磷酸二氫鈉，其能夠實現對酯交換反應的抑制，從而達到控制合金材料變黃現象，且隨著磷酸二氫鈉所添加份數的增加，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揮了重要作用。

參考文獻：

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