加油口盖,一个从油车时代就存在的汽车零部件,对于电车它叫充电口盖。早期的加油口盖采用的是金属材料,长时间的发展让金属材料加工十分成熟。但是质量大、防腐差等缺点让其难以应用在当下的新能源时代。
近年来,随着新材料新工艺的迅猛发展,特别是轻量化的应用要求,塑料基材替代金属材料应用在充电(加油)口盖已获得了快速发展。
但是大多数塑料基材耐热性较差、与车身匹配有色差。
所以哪款塑料基材性能过关,哪种表面喷涂工艺适合油箱盖?
我们一起来看看对比测试结果。
三种塑料基材中,密度最小的是PPE+PA,最大的是PC+PBT。相比金属材质DC06的密度7.8g/cm3,三种塑料基材分别可降重86.05%、83.31%和85.42%, 塑料基材轻量化优势非常明显。
试验方法:ISO 1183-1
此外,相比PC+PBT和PC+ABS,PPE+PA分别又降重16.44%、4.31%。因此,从轻量化角度考虑,PPE+PA表现最佳。
试验方法:GB 8410
从三种塑料基材的燃烧速率来看,PPE+PA燃烧速率最慢,且存在着自熄现象,而PC+ABS、PC+PBT燃烧速率相对较快。PPE+PA的燃烧速率慢,是由于PPE和PA66材料的氧指数都比较高。
氧指数为材料燃烧所需最低的氧气浓度,氧指数越高表示材料越不易燃烧。本体材料PPE的氧指数约为28%,添加改性的PA66氧指数约为26%,PPE属于难燃材料。因此,从安全防灾角度考虑,PPE+PA表现最佳。
三种塑料基材的拉伸强度,PPE +PA最大,PC+ABS最小。拉伸强度反映材料受拉伸破坏(断裂)能力大小,数值越大,表明材料受拉伸破坏(断裂)的难度越大。即PPE+PA材料强度最大,受拉伸破坏难度要大于后两者。
试验方法:ISO 524,测试速度为50mm/min 三种塑料基材的拉伸模量,PC+PBT 最大,且远高于其他两种材料,PPE+PA略高于PC+ABS。拉伸模量反映材料受拉伸抵抗变形能力,数值越大,表明受拉伸越难变形,即刚性越强,这表明PC+PBT材料高模量,刚性最大。 试验方法:ISO 527,测试速度为1mm/min 三种塑料基材的弯曲强度、弯曲模量最大为PC+PBT,最小为PC+ABS。 弯曲强度和弯曲模量反映材料受弯曲载荷发生变形或破坏的能力,数值越大,表明刚性越强。这表明材料刚性大小依次为PC+PBT、PPE+PA、PC+ABS。
试验方法:ISO 178,测试速度为2mm/min,试样尺寸为(80± 2)mm×(10±0.2)mm×(4±0.2)mm 三种塑料基材的支梁缺口冲击强度(23℃和-30℃)最大为PC+ABS,远高于其他两种材料。 由此可以看出,PC+ABS的冲击韧性最好,PC+PBT的冲击韧性最差,PPE+PA的冲击韧性介于它们之间。PC+PBT冲击韧性低,这与其高强度、高模量和高刚性的结果是一致的,主要是由于行业使用的PC+PBT通常会添加一定比例的矿物改性。
试验方法:ISO 179-1/eA,温度为23℃和-30℃,试样尺寸为(80±2)mm ×(10±0.2)mm×(4±0.2)mm
1、PC+PBT模量刚性最大,但冲击韧性较差; 2、PC+ABS冲击韧性好,但强度和刚性相对较低; 3、PPE+PA力学性能各方面表现比较均衡,在保持高强度和刚性的同时,又兼具高抗冲击性。 由此可以看出,PPE+PA注塑成的零件具有高强度、高刚性和高抗冲击性,尺寸更加稳定,日常耐用性更好。
PPE+PA耐热性最好,远优于其他两种材料。PPE+PA热变形温度高达190℃以上, 远高于在线喷涂最高烘烤温度140℃、160℃,适合在线喷涂。 PC+PBT和PC+ABS耐热性相当,都比较低,热变形温度最高不超过120℃,无法满足在线喷涂,只适合离线喷涂80℃、90℃使用。
试验方法:ISO 75, 负载为0.45MPa,试样尺寸为 (80±2)mm×(10±0.2)mm ×(4±0.2)mm
试验方法:ISO 306,加载50N,升温速度为50℃/h PPE+PA材料优异的耐热性主要归因于组成PPE和PA66耐热性都比较高,熔点都高达260℃。 PPE材料分子链里含有大量的刚性芳环结构,分子链刚性大,而PA66材料分子链规整,含有大量酰胺键,分子间作用力和氢键大,易结晶。这就要求前期产品设计选材和工艺匹配时,一定要根据材料耐热特性匹配准确,否则容易导致出现产品质量问题。 根据前后外观变化图,PC+ABS出现鼓包、起皱、严重变形和翘曲;PC+PBT出现严重变形和翘曲;PPE+PA未出现任何不良变化。因此,PC+ABS和PC+PBT耐热性不能满足在线喷涂工艺;PPE+PA具有优异的耐热性,可以满足在线喷涂。
从三种基材吸水率来看,PPE+PA吸水率远高于PC+PBT和PC+ABS,后两者相当。PPE本身不吸水,甚至生产前不用烘料干燥,然而PPE+PA吸水率却很高。出现上述现象主要是由于添加改性的PA66材料导致。
PA66为高吸水材料,分子链中含有许多极性酰胺键基,该基团为亲水基团容易与水分子形成氢键,进而导致材料吸水性强。原材料粒料中含有的水分,在高温注塑过程容易产生水汽,导致材料发生水解降解,同时影响成型零件性能、尺寸和外观质量。
因此,零件生产前,原材料粒料必须进行高温烘料干燥,确保水分充分脱除,这对PPE+PA材料尤为重要。此外,烘料后需要及时生产,不可长期久置,久置容易再次吸收环境中水分。
试验方法:ISO 62,温度为(23±2)℃,湿度为(50±5)%RH
PPE+PA收缩率1.55%,要远高于其他两种材料,后两者收缩率均为0.52%。PPE+PA收缩率大主要是由于添加改性PA66材料所致。PA66材料收缩率较大,在1.5%、2%范围内。
由于收缩率差异很大,一旦模具开发出来后,若再想变更材料或喷涂工艺,会导致模具报废,造成项目开发周期延迟和试验开发费用浪费。
因此,前期产品设计选材、 匹配工艺和新开模具时,需要定义清楚材料和匹配的喷涂工艺,避免后期变更。
试验方法:ISO 294
熔体流动速率大小反映树脂熔融后黏度大小和加工难度。PPE+PA材料的熔体流动速率要远低于PC+PBT和PC+ABS,这表明PPE+PA树脂黏度更大,加工工艺要求更高。
因此,不同塑料基材成型工艺不能混用,更不能直接借用。在模具开发前期,需要进行CAE模流分析,优化模具结构设计。同时,首模件需要进行试模,确认最佳的生产成型工艺参数,确保成型的零件外观质量、尺寸和性能等满足设计要求。
试验方法:ISO 1133-1, 温度为280℃, 质量为5kg
(1)物理性能:PPE+PA质量最轻、安全防灾性最好。
(2)力学性能:PPE+PA高刚性、高强度, 同时兼具良好的冲击韧性, 力学性能各方面表现更均衡。
(3)热性能:PPE+PA耐热性最为突出, 热变形温度高达194.9℃, 满足在线喷涂;PC+PBT和PC+ABS耐热性较低,热变形温度不高于120℃, 不满足在线喷涂, 仅适合离线喷涂80℃-90℃。
(4)加工性能:PPE+PA收缩率为1.55%,PC+PBT和PC+ABS两种基材的收缩率均为0.52%,差异较大,导致模具无法共用,这就要求在前期产品设计选材和模具设计阶段,材料定义和输入要准确;PPE+PA吸水率为0.85%,远高于PC+PBT(0.28%)和PC+ABS(0.2%),生产前对原材料烘干要求更高;PPE+PA熔体流动速率为1.52g/min,远低于PC+PBT(5.4g/min)和PC+ABS(5.6g/min),这表明PPE+PA树脂黏度更大,加工工艺要求更高。
(5)表面喷涂工艺:相比离线喷涂,塑料基在线喷涂工艺优势更突出,具体表现为零件综合成本低、外形美观、成型快、工艺环保、不良率低等。
来源:塑库网
原文始发于微信公众号(艾邦高分子):新能源汽车充电口盖的选材分析