對亞克力輕量化節能設計的相關分析

呼勝利　吳布衣　袁芳

摘 要：結合“雙創”的背景，本文圍繞改性亞克力車窗創業項目，對亞克力輕量化節能設計的相關問題展開了分析，提出了輕量化節能設計方案，并確認了材料的節能設計效果，然后對材料的輕量化應用進行了探討，從而為關注這一話題的人們提供參考。

關鍵詞：亞克力 輕量化 車窗

引 言

在大眾創業，萬眾創新的社會發展背景下，各行各業都在積極開展創業項目。亞克力作為繼陶瓷、鋼具、玻璃后的一大使用材料，為有機合成塑料材料，具有輕質化特點，在多個行業得到了廣泛應用。但在新能源汽車發展領域，盡管全塑亞克力車窗產品擁有廣闊市場，卻因為國內在高級改性塑料方面的研究存在空白而無法實現批量生產。因此，設立改性亞克力車窗創業項目，實現亞克力輕量化節能設計，可以較好的滿足汽車行業創新發展需求。

1項目概況

采用無機玻璃車窗，盡管可以滿足光學性能、日光照射和耐磨性等方面的要求，但是卻存在過于沉重的缺陷，無法滿足新能源汽車的輕量化節能發展需求。采用改性亞克力材料，可以實現輕量化車窗的生產，通過減輕汽車重量達到汽車節能減排目標。相較于無機玻璃車窗，改性亞克力車窗具有質量輕的顯著優勢，質量僅為無機玻璃車窗的一半，可以減輕汽車重量，實現節能減排目標。使用該種車窗，可以使汽車重心得到降低汽車，提高汽車的靈活性和穩定性。經過改性后，亞克力的韌性則能提高30多倍，滿足汽車車窗強度標準，具有較強安全性。在透光性方面，無機玻璃透光率僅能達到80%，亞克力車窗則能達到93%。此外，亞克力材料具有較好的隔音和保溫效果，十分環保，可重復循環利用，因此可以實現資源的節約。

2亞克力輕量化節能設計分析

2.1材料改性方案

實際進行材料輕量化節能設計時，需要采用乳液聚合方法進行PB-g-PMMA的合成，然后將其作為聚甲基丙烯酸甲酯增韌劑，加入聚偏氟乙烯實現攪拌共混得到新型的改性材料。在PB-g-PMMA的合成階段，考慮到純PMMA樹脂缺口沖擊強度只有10J/m，需要增強韌性，所以需要進行PB-g-PMMA粒子的制備，以用作增韌劑。在反應溫度為70℃條件下，在三口燒瓶中加入去離子水、焦磷酸鈉、葡萄糖、硫酸亞鐵、聚丁二烯膠乳、氫氧化鉀、異丙苯過氧化氫，然后通入氮氣，在反應釜中進行配置的MMA和CHP單體的滴加。直至3h左右，可完成滴加。在這一過程中，需要使蠕動泵保持300r/min轉速。1 h后，添加60ml抗氧劑。0.5 h后，將反應液取出，利用溫度為65℃的硫酸鎂溶液進行破乳，過濾后則能得到PB-g-PMMA接枝共聚物。放入60℃鼓風干燥箱中干燥，可以獲得到粉料。在得到的PB-g-PMMA中，PB和PMMA含量分別為80%和20%。

在共混物制備階段，引入20%的PB-g-PMMA后，PMMA缺口沖擊強度可以提高至30J/m。韌性只提高2倍，使得材料依然會發生脆性斷裂。為使材料韌性得到提高，需要引入PVDF調控機體，得到PMMA共混物。為確定加料比例，將不同含量PDVF混合，并開展力學測試。從測試結果來看，在PVDF質量分數達40%時，缺口沖擊強度最大，達305J/m，為純PMMA樹脂的30倍，基體發生韌性斷裂，PMMA樹脂的增韌效率得到了顯著提高。而共混物的屈服強度則隨之降低，容易發生屈服和韌性斷裂。結合測試結果，可以在密煉機中，將烘干的質量分數為40%的PMMA和40%的PVDF、20%的PB-g-PMMA粉料混合，溫度控制在220℃，轉速達60r/min，3min后可結束混合。最后，將混合物注入硫化澆筑模型，然后冷卻2min，可得到成型材料。

2.2節能設計效果

從節能設計效果來看，采用改性材料制造的車窗重量可以減輕50%。按照汽車工業協會等單位聯合搜集得到的數據，國內車輛平均油耗達6.3L/100km，年均行程平均2.5萬公里，汽車年銷售量約3196萬輛。平均家用車車重1200kg，包含前擋風車窗、后擋風車窗、兩側車窗及天窗總重約60kg。采用改性亞克力材料，約降重30kg，節重比達2.5%。汽車每降重1%，油耗將會降低0.6%-1%。通過計算，可以得到平均單輛車年節約油耗在23.625L-39.375L之間。如果新銷售車輛全部應用該種車窗，下一年可以節約7.55×108-1.258×109升成品油。在汽車尾氣排放方面，可減少7.55×109-1.258×1010m?廢氣，二氧化碳排放量可減少1.21578×1010-2.0263×1010kg[1]。所以采用改性亞克力，不僅可以節約能源，也能減少環境污染。而該種材料可以實現重復循環利用，所以能夠實現資源的節約。因此通過分析可以發現，采用新材料能夠使汽車車窗得到革命性革新。

2.3輕量化應用

結合改性亞克力材料的特性可知，該種材料可以在新能源汽車和一般機動車上得到應用，達到節能減排的目的。對于新能源汽車來講，則能通過實現車身輕量化提高汽車行程，為新能源汽車的推廣應用提供助力。由于該種車窗耐候性強，使用壽命長，并且隔音和保溫效果好，所以可以嘗試在地鐵、火車等民用交通領域推廣應用。通過在車窗上覆蓋聚硅氧烷納米復合涂層，則能增強材料抗腐蝕和抗氧化性，避免材料老化，同時也能使材料光澤度更高，使車窗更加透亮，繼而使車輛舒適度得到提高。經過改性后，材料共混體系中引入了聚偏氟乙烯調控基體，其不僅具有較高鏈纏結密度，同時也能與PMMA較好相容，所以可以使材料以剪切屈服方式發生斷裂，因而不僅韌性更強，并且破碎后不會形成尖銳碎片，可以增強車窗的安全性。該種材料可塑性強，也能根據汽車要求完成不同弧度的車窗的制作，達到降低空氣阻力和增強車輛美觀性的目標[2]。此外，在其他領域，如儀器儀表、發光廣告墻、高速公路隔音墻等方面，也都可以利用改性亞克力材料進行有機玻璃、原晶狀體等材料替代，從而達到更高的性能要求。

結 論

新能源汽車作為汽車行業未來發展方向，需要實現輕量化以減少單位能耗，解決該類汽車短期內單次充能行程有限的問題。而采用改性亞克力車窗，可以滿足汽車輕量化節能設計要求，成為國家推動節能減排的有效舉措。因此相信在未來發展中，改性亞克力材料將在更多領域得到應用，為人類解決能源環境問題提供新的途徑。

參考文獻：

[1] 陳海霞.亞克力有機玻璃生產[J].綠色環保建材，2017（03）：3.

[2] 張娜.聚碳酸酯（PC）在輕量化車窗上的應用[J].汽車工藝與材料，2014（09）：69-72.

項目基金：大學生創新創業訓練計劃資助。