新能源汽车充电口盖的选材分析

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。