汽車儀表板回收料同等性能再利用研究

文/夏金林 王少軍 楊健宇（馬鞍山福亨汽車內(nèi)飾有限公司）

隨著越來越多的汽車進入退役報廢階段，報廢汽車塑料處理問題日益引起重視。報廢汽車塑料如果得不到妥善處理，必將會對環(huán)境造成嚴重的影響[1-3]。為了提高資源利用率，減少排放，實現(xiàn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，國家發(fā)展改革委、科技部、環(huán)保總局于2006 年聯(lián)合頒布了《汽車產(chǎn)品回收利用技術(shù)政策》，明確指出自2017 年起，所有國產(chǎn)及進口汽車的可回收利用率要達到95%左右[4]。

汽車儀表板是汽車內(nèi)飾的重要組成部分，是各種指示儀表和點火開關(guān)等的總成。汽車儀表板的支撐骨架（底層）主要采用PC/ABS 合金注塑成型，在儀表板的支撐骨架上噴涂粘合劑后吸附一層聚丙烯泡沫+聚氯乙烯皮革面層，其中聚丙烯泡沫中間層起緩沖減震、隔音絕熱的作用，聚氯乙烯皮革面層有美觀裝飾的作用。

為制備合格的汽車儀表板，吸附工藝過程不可避免地會出現(xiàn)一些殘次品。由于聚丙烯泡沫層易碎，且在儀表板的制造過程中采用粘合劑與底層和面層粘合在一起，導(dǎo)致該部分汽車件在后期的回收過程中骨架材料與聚丙烯泡沫無法完全分離。對這部分殘次品的回收利用處理，是汽車制造廠家面臨的難題。為響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展號召，達到節(jié)約能源、保護環(huán)境的目的，應(yīng)對汽車塑料的高附加值回收利用進行深入研究，實現(xiàn)汽車塑料的同等性能再利用[5,6]。本文通過改性研究，探討了殘次品儀表板的同等性能再利用工藝方法。

一、實驗部分

1.原材料

汽車儀表板原料，PC/ABSVK125，合肥杰事杰新材料公司；汽車儀表板破碎料，馬鞍山福亨汽車內(nèi)飾公司；SOG-02、SAG-002 佳易容相容劑，佳易容相容劑江蘇有限公司；SEBS-g-MAH 抗氧劑1010、ABS-g-MAH，市售。

2.實驗設(shè)備

平行同向雙螺桿擠出機SHJ-20，南京杰恩特機電有限公司；立式注塑機TY200，東莞大禹機械有限公司；自動缺口制樣機ZQK-20，承德世鵬檢測設(shè)備有限公司；沖擊試驗機XJU-22 型，承德試驗機有限責任公司；電子式萬能試驗機GP-TS2000S，深圳高品檢測設(shè)備有限公司；電子比重計DH-300，深圳市達宏美拓密度測量儀器有限公司；熱變形、維卡軟化點溫度測定儀XWY-300g，濟南天辰試驗機制造有限公司。

3.樣品制備

將汽車儀表板殘次品的聚氯乙烯皮革層去除后，用破碎機將儀表板破碎，利用自制的鼓風分選裝置將破碎料中的泡沫層剔除，將剩余料100℃烘干4h 得到儀表板破碎料。選取相同份數(shù)、不同種類的相容劑與破碎料在高速混合機混合，再經(jīng)雙螺桿擠出機擠出造粒。擠出機一區(qū)至五區(qū)溫度依次為230℃、235℃、240℃、250℃、240℃。將擠出顆粒120℃真空干燥4 h，用立式注射機注射成型，分別得到拉伸啞鈴形試樣、彎曲試樣。用自動缺口制樣機對彎曲試樣按GB/T 1843-2008 銑缺口，得到?jīng)_擊試樣。取擠出造粒顆粒料測定密度，取彎曲試樣測定熱變形溫度。

4.性能測試

拉伸性能:按GB/T 1040—2006 標準測試，拉伸速度50mm/min。

彎曲性能: 按GB/T 9341—2000 標準測試，跨度64mm，彎曲速度2mm/min。

沖擊性能:按GB/T 1843—2008 標準測試，缺口類型A 型。

密度測試：按GB/T 1033.1—2008 標準測試。

維卡軟化點：按GB/T 1633—2000 標準測試，B120法。

熱變形溫度：按GB/T 1634.1—2004 標準測試。

二、性能分析

1.相容劑種類對破碎料性能的影響

汽車儀表板破碎料的主要成分是PC/ABS 合金和少量聚丙烯等多種熱塑性塑料。聚丙烯是非極性樹脂，溶解度參數(shù)約為16.3～17.3（J/cm3）0.5，而合金中占主體的聚碳酸酯樹脂是極性樹脂，溶解度參數(shù)約為19.4（J/cm3）0.5。加入相容劑旨在提高PC/ABS 合金與聚丙烯的相互作用力，從而改善其力學(xué)性能，所以相容劑的分子結(jié)構(gòu)應(yīng)同時含有極性基團與非極性基團。極性基團能與PC/ABS 合金產(chǎn)生相互作用，提高二者的相互作用力，非極性基團與PP 產(chǎn)生較強的相互作用力，這樣相容劑就成為將極性相差較大的兩種物質(zhì)有機地聯(lián)系起來的橋梁。不同相容劑對儀表板破碎料性能的影響如表1 所示。

表1 不同相容劑對破碎料性能影響

幾種相容劑中，SEBS-g-MAH 屬于馬來酸酐接枝SEBS。SEBS 是以聚丁二烯加氫得到的乙烯- 丁烯共聚物為中間彈性嵌段，以聚苯乙烯為末端段的線性三嵌共聚物。由于分子鏈中間含有不飽和雙鍵，所以該類相容劑改性后的物料拉伸強度、彎曲強度和彎曲模量不僅都有所下降，而且是幾種相容劑中降幅最大的，而缺口沖擊強度卻是除SAG002 之外幾種相容劑中增幅最大的。SAG-002 相容劑是一款環(huán)氧型相容劑，SAG-002 可通過環(huán)氧基團對聚酯起到封端、擴鏈等作用，提高儀表板回收料PC/ABS 合金的熱穩(wěn)定性，通過反應(yīng)性增容改善合金相態(tài)，提升機械性能。

綜合考慮儀表板原料的拉伸強度、彎曲強度、缺口沖擊強度等各項性能指標，儀表板破碎料的相容劑應(yīng)選擇SAG-002 類相容劑。

2.相容劑用量對破碎料性能的影響

圖1、圖2 考察了相容劑SAG-002 用量對儀表板破碎料力學(xué)性能的影響。

圖1 相容劑SAG-002 用量對破碎料拉伸、沖擊性能的影響

圖2 相容劑SAG-002 用量對破碎料彎曲性能的影響

從圖1、圖2 可看出，隨著相容劑SAG-002 用量的增加，破碎料改性后的力學(xué)性能呈逐漸增加趨勢。當相容劑SAG-002 在10 份左右時，拉伸強度增加趨勢變得平緩了；在相容劑SAG-002 的質(zhì)量份數(shù)達到10 份前，彎曲模量和彎曲強度都有顯著的提高；而當SAG-002 質(zhì)量份數(shù)超過10 份后，彎曲模量和彎曲強度增加趨勢都變得平緩了。這是因為，隨著相容劑用量的增加，破碎料中各組分相容性更好。故相容劑用量選取10 份為宜。

3.改性料用量對原料性能的影響

表2 中為將不同份數(shù)的改性料與儀表板原料共混，通過注射機制樣后測得的各項性能。

由表2 可以看出，隨著破碎料改性料用量的增加，所制得儀表板材料的各項性能指標均出現(xiàn)逐漸減小的趨勢。其中，當破碎料改性料用量達到17 份時，所制得儀表板材料的彎曲模量降到2384MPa，低于材料的物性要求2400MPa；此時的沖擊強度也最低，降到58.86 kJ/m2。此后，隨著破碎料改性料用量的增加，雖然彎曲模量、沖擊強度都比17 份時的性能好，但維卡軟化點降低到了物料性能要求值以下。綜合各方面的性能考慮，選取13 份儀表板破碎料改性料與儀表板原料共混，可以得到滿足儀表板原料性能要求的物料。

三、結(jié)論

（1）相容劑SAG-002 的添加，能有效改善儀表板破碎料的力學(xué)性能。

表2 破碎料改性料份數(shù)對儀表板材料性能的影響

（2）相容劑SAG-002 用量增加，儀表板破碎料的綜合力學(xué)性能提高，但添加量應(yīng)選10 份為宜。

（3）儀表板破碎料經(jīng)相容劑改性后，添加13 份到儀表板原料中，可以得到同等性能要求的儀表板物料。