大放“光”彩，亚克力（PMMA）在汽车上的应用

亚克力

即聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate)，简称PMMA，是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的一种高分子聚合物，又称作有机玻璃，具有高透明度、高耐候性、高硬度、易加工成型等优点，是经常使用的玻璃替代材料。

PMMA分子式

PMMA粒子图源：盛禧奥

PMMA的相对分子质量大约为200万，而且形成分子的链较为柔软，因此PMMA的强度比较高，抗拉伸和抗冲击的能力比普通玻璃高7～18倍。其作为有机玻璃时，即使破碎，也不会像普通玻璃那样产生迸裂的碎片。

破碎的有机玻璃图源：网络

PMMA是目前光学性能最优良的透明高分子材料，透光率达到92%，比玻璃及PC的透光率高，这也成为其许多应用的最重要基础特性。

PMMA透镜图源：盛禧奥

PMMA的耐候性在常用塑料里也是首屈一指的，其在汽车外饰耐候测试标准SAE J2527下，可满足3500-4000 KJ/m2的耐候性测试，远高于普通PC、PA等塑料。另外，PMMA的铅笔硬度可达到2H，也远高于PC等其他普通塑料，具有很好的表面耐刮擦性。

亚克力的研究开发，距今已有一百多年的历史。

1872年丙烯酸的聚合性被发现；
1880年甲基丙烯酸的聚合性为人知晓；
1901 年丙烯聚丙酸脂的合成法研究完成；
1927年运用前述合成法尝试工业化制造；
1937年甲基酸脂工业制造开发成功，由此进入规模性制造。
二战期间因亚克力具有优异的强度及透光性，首先被应用于飞机的挡风玻璃，坦克司机驾驶室的视野镜。盛禧奥公司旗下的Plexiglas@品牌最早在北美实现商业化生产PMMA板材。
1948年世界第一只亚克力浴缸的诞生，标志着亚克力的应用进入了新的里程碑......

PMMA因其优异的特性，已经在汽车、电子与家电、消费品、照明、建筑与建材、医疗等领域有着广泛的应用。今天我们着重讲讲它在要求比较严苛的汽车领域的应用。

PMMA在汽车领域的应用

总的来说，PMMA在汽车的尾灯、仪表盘面罩、外立柱和装饰件、内饰灯、后视镜外壳等领域都有应用。其主要用于需要透明、半透明以及高光泽度等领域。

PMMA在汽车上的应用图源：盛禧奥

这些领域的零部件有不同的试验大纲，对材料的性能要求也有所不同。以吉利汽车对纯PMMA材料要求为例，其材料标准部分要求如下。

性能	要求
密度( g/cm3 )	1.18 ± 0.02
拉伸强度( MPa )	≥ 60
简支梁无缺口冲击强度 ( kJ/m2 )	≥ 14
弯曲强度 ( MPa )	≥ 90
弯曲模量 ( MPa )	≥ 3000
维卡软化温度 (°C )	≥ 100
透光率 (%)	≥ 90 （仅针对无色透明材料）
耐热老化性	(100 ± 2) °C * 400 h 样品无分解现象
耐光老化性	满足 Q/JL J160004 的要求
耐刮擦性（仅针对高光免喷涂外饰部件）	ΔL ≤ 2.0

尾灯

汽车车灯分为前灯和尾灯，其灯罩等部件需要使用透明材料。前照灯与雾灯灯罩多使用聚碳酸酯PC类材料，这是因为在行驶过程中前灯使用的时间往往比较长，同时汽车行驶时对灯罩的耐冲击要求较高。例如，在夜晚或者大雾的时候，前照灯或者雾灯就需要长时间开启，对车灯的导光性能和耐热性能要求都较高，PC的Tg达145℃，可满足110-120℃的长期使用。但PC用于前灯也存在着工艺复杂、成本较高、易老化等缺点。

PC用于前灯图源：智能汽车俱乐部

尾灯则一般是转向灯、刹车灯等，灯光强度较低、使用时间较短，因此对耐热要求相对较低，多采用PMMA材料，PMMA透光率92%，高于PC的90%，折射率1.492 ，耐候性好，表面硬度高，是尾灯的面罩、反射器、光导的理想材料。由于较高的硬度，PMMA有很好的耐刮擦性能，作为外配光镜材料使用时无需进行表面保护，可直接使用。而光散射PMMA具有较高的散射特性，易实现均匀的点亮效果，是当前尾灯应用的重点材料之一。

PMMA用于尾灯图源：盛禧奥

PC与PMMA性能对比

性能	PC	PMMA
冲击强度	☆☆☆☆	☆☆
透光性	☆☆☆☆	☆☆☆☆☆
耐热性	☆☆☆☆	☆☆☆
耐候性	☆☆☆	☆☆☆☆☆
耐刮擦性	☆☆	☆☆☆☆

仪表盘面罩

仪表盘面罩主要起着保护仪表，准确显示仪表数据的作用。仪表板面罩要有高的透明度，足够的强度、刚度，有良好的尺寸稳定性，在太阳光辐射和发动机余热的高温下不变形，在长期高温下不变形、不失效、不影响各仪表的精确度。

PMMA用于仪表盘面罩图源：盛禧奥

还要有适当的装饰性，格调幽雅，反光度低，给人以宁静舒适的感觉；耐久性好，使用寿命10年以上；挥发性低，耐汽油、柴油和汗液的腐蚀。仪表板面罩一般是注塑成型，PMMA使用较多。

外立柱和装饰件

汽车外立柱分为ABC柱，其性能要求主要是高光泽（一般为钢琴黑），高耐候，高耐热，耐刮擦，常用方案有ABS+喷漆，PP+喷漆及PMMA+ABS双层挤出方案，以及增韧PMMA方案。PMMA相比于喷漆方案，可以免去喷涂流程，更环保，成本更低，逐渐成为主流方案。

PMMA用于外立柱图源：汽车之家

车前装饰件图源：汽车之家

内饰灯

内饰灯包括阅读灯和氛围灯。阅读灯是汽车内部照明系统的一部分，通常安装在前车顶或后车顶上。为防止光污染，阅读灯一般要对光线进行散射处理，可使用哑光或者磨砂的PMMA或者PC方案。

阅读灯图源：bing

氛围灯是一种能够营造舒适氛围、提升整车质感的起到装饰作用的照明灯。氛围灯使用的导光条按照其质地分为软质与硬质两种。硬质导光条质地偏硬，无法弯曲，一般通过注塑或挤塑成型，材质以PMMA、PC等具备透明性的材料为主。

PMMA导光条图源：智能汽车俱乐部

这里需要提出的是，针对超长导光条及散射光需求，盛禧奥专门推出了

Altuglas^TMV825T-LPL (普通耐热级别超长导光规格)和Altuglas^TMDiffuse 502 (光扩散规格)两个PMMA牌号。其中V825T-LPL具有比普通PMMA更好的导光性，更低的黄化指数和光吸收性，同样厚度或者同样长度时导光率明显高于普通PMMA。

Altuglas^TM V825T-LPL和普通PMMA

导光性对比

Altuglas^TMV825T-LPL适合用于超长导光条应用，既可用于内饰，也可用于外饰。

Altuglas^TM V825T-LPL 用于内饰氛围灯

图源：盛禧奥

Altuglas^TM V825T-LPL 用于外饰导光条

图源：盛禧奥

而Altuglas^TMDiffuse 502是具有光散射效果的PMMA材料，可营造柔和、质感、轻松的光学氛围。

Altuglas^TMDiffuse 502 用于顶部控制板

图源：盛禧奥

后视镜外壳

后视镜外壳主要要求较高的光泽度和黑亮度，同时要求较高的抗冲击强度、耐刮擦性能和耐候性能。由于镜壳形状一般为曲面，容易产生应力，因此对加工性能和韧性要求比较高。常规方案有ABS喷漆，但工艺污染严重，工序多，采用PMMA方案可实现免喷涂，不过一般此处要采用增韧级别的PMMA材料，以满足其试验大纲中的跌落实验等项目。

PMMA免喷涂材料用于后视镜外壳

图源：汽车之家

以上是PMMA在汽车中的一些常规应用，都是与光学或者外观有关，要么需要透光，要么需要钢琴黑等高光黑效果，可以说PMMA为汽车增加了很多“光彩”。

由于PMMA的耐热相对PC较低，难以满足前灯使用中高耐热的要求，所以一般在前灯应用相对较少。但是，来自盛禧奥的高耐热PMMA材料克服了相关缺陷，越来越多地在汽车前灯系统的部件中被采用！

PMMA在前灯透镜的应用

前文讲过，PC用于汽车前灯的主要优势在于高耐热及高抗冲击性，可以满足110℃以上的使用温度，但是PC的光学性能并不及PMMA，比如透光率低于PMMA，长导光条的光线损失率也高于PMMA，长期使用后的黄变也比PMMA更严重。那么，PMMA在前灯如何找到用武之地呢？

光线在长导光条中的传播

图源：盛禧奥

前灯灯罩由于耐冲击要求高、使用时间长、聚集热量多等因素，一般还是使用PC材料。而前灯透镜则要求温度相对较低，特别是LED大灯的流行，为PMMA在前灯透镜的应用开创了条件。2014年后，汽车全LED大灯流行，玻璃透镜慢慢退出市场，逐渐被PMMA替代。

高耐热Altuglas^TM HT121用于前灯透镜

图源：盛禧奥

在透镜中，PMMA替代玻璃的优势有：

1. 容易造型设计、加工成型，特别一些特殊的光学设计；用玻璃只能是圆的，还要进行抛光等操作；

2. 生产效率高，现在一些车灯厂在做透镜标准化，比如聚光器和透镜一体化，大批量生产的话，PMMA注塑生产更可保证供货稳定性；

3. 轻量化，PMMA密度是玻璃的近一半；

4. 玻璃不可回收，PMMA可回收使用。

一般来说，根据汽车的定位等级和前灯透镜设计不同，前灯透镜要求不同使用温度等级。要求温度在85-90℃时，常规PMMA即可满足使用要求，可直接替代玻璃，如盛禧奥耐热Altuglas^TM V825, Altuglas^TMV825T。

使用温度较高，在95-105℃时，可采用高耐热PMMA方案，如盛禧奥高耐热Altuglas^TM HT121，可满足汽车公司的长期点灯实验，而常规PMMA不到24小时就会发生变形。当使用温度要求在110℃以上时，仍需使用玻璃或其他高耐热材料。

高耐热Altuglas^TM HT121用于前灯透镜

图源：盛禧奥

盛禧奥高耐热PMMA

盛禧奥高耐热Altuglas^TM HT121在保证高耐温要求的同时，所制成的前灯透镜的造型相对玻璃透镜可以复杂很多，而且重量更轻，方便批量化生产。而且现在有些车灯透镜和聚光器一体化设计，也可采用高耐热Altuglas^TM HT121，以实现更好的光学效果。

Altuglas^TM HT121具有良好的耐热性能

除此以外，针对较长的导光条，比如达到500-700mm以上时，PC及普通耐热PMMA光线损失严重的问题，盛禧奥专门推出了Altuglas^TMHT121-LPL材料。

Altuglas^TM HT121-LPL用于长导光条

Altuglas^TMHT121-LPL在保持高耐热的同时，有着更高的透光率和更低的雾度（Haze），可以使光源的光线在导光条中更高通量、更长距离地传播。

Altuglas^TM HT121-LPL & HT121-102与PC材料性能对比

Altuglas^TMHT121-LPL优秀的传导效率可降低对LED光源功率的要求，起到节能作用，另外它还具有好的耐化学品性和耐候性能。

参考资料：盛禧奥，智能汽车俱乐部，互联网资料。