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ABS树脂在汽车行业的应用

作者:admin    添加时间:2013-5-10 15:42:42    浏览量:3764

胡沁1, 王斌1,陈晓东2

(1. 上海锦湖日丽塑料有限公司,上海 201107;2.上海日之升新技术有限公司,201108)

 

摘要:ABS树脂一直在汽车内外饰零件生产中起着重要作用,因其具有优异的机械性能和加工性能,在汽车行业的应用也越来越广泛。目前,ABS树脂的发展趋势正朝着高性能化、多功能化的专用树脂方向发展,本文综述了近年来专用ABS树脂在汽车行业的应用及其发展方向

 

关键词:ABS树脂、汽车、应用、内外饰

 

近年来,随着我国汽车保有量的迅猛增长,我国ABS树脂消费市场和应用的重心正在逐步转移,ABS树脂在交通运输领域有着极为广泛的应用,尤其是汽车内外饰件制品成为了ABS树脂新的消费亮点。众所周知,ABS树脂是聚丁二烯橡胶与单体苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚物,拥有优良的耐热性、抗冲击性、电镀性、涂装性、尺寸稳定性及加工性能。ABS树脂的发展趋势正朝着高性能化、多功能化的专用树脂方向发展,例如:耐热ABS、耐候ABS、高抗冲ABS、高光泽ABS、哑光ABS以及抗静电ABS等等;与此同时,ABS树脂的合金化是ABS树脂高性能化的另一个重要发展方向,如ABS/PC、ABS/PBT、ABS/PET、ABS/PA、ABS/PMMA等合金树脂[1]。

 

1 概述

ABS树脂具有良好的机械性能和优异的成型加工特性,在汽车行业得到了广泛应用。如汽车内饰中的门板、仪表板、副仪表板、遮阳板,汽车外饰中的散热格栅、后视镜、车灯、牌照板等。ABS塑料在汽车产品上有着极其重要的地位,表1为2010年ABS树脂在某A级汽车中用量的情况,该车总重量为1135Kg,其中ABS树脂及其合金用量达到20kg。

 

表1 非金属在某A级汽车中的用量

项目 重量/KG 占非金属材料的比例/%
塑料及其它非金属 125 ——
其中  PP树脂 41 33
ABS树脂及其合金 20 16

 

ABS树脂后加工性能良好,适合进行涂装,电镀,水转印,IMD(模内转印)等二次加工,可以提高汽车的美观性和舒适性。汽车档次越高,ABS树脂及其合金材料的用量也越多。

对于ABS树脂而言,其主要应用在汽车内饰、外饰、车灯等系统,由于其工作环境和成型方法的差异,对ABS树脂系能的要求也不尽相同,但总体来说,ABS树脂耐热性能、耐候性能及二次加工性能是非常重要的性能指标。因此,针对汽车内饰,外饰机车灯的不同应用,开发了对应的改性ABS品种和牌号,如耐热ABS、低气味ABS,电镀ABS等,常见牌号和应用情况如表2所示。

 

表2 常见的汽车内外饰部件用ABS及其合金牌号和应用情况

ABS产品 常用内饰零件 常用外饰零件 常用牌号
耐热ABS 门板,副仪表板,仪表板等装饰件 后视镜,尾灯壳体及其他信号灯 ABS H2938(锦湖日丽)

HH1827(Ineos)

低气味ABS 内饰零件,门板,副仪表板等 —— ABS 527A,ABS H2938(锦湖日丽)
 低光泽

 ABS合金

门板上装,手套箱,出风口,时钟罩等 —— PC/ABS HAC8260Z,PA/ABS HNB0270(锦湖日丽),LG9000(SABIC)
吹塑级/吸塑级ABS 门内饰板,顶棚,行李箱等 尾翼(扰流板) ABS BM530(锦湖日丽)
电镀级

ABS

出风口装饰圈,CD面板装饰圈,内门拉手等; 格栅,尾门拉手等 ABS 710,HAC8244(锦湖日丽)

MG37EP,MC1300(Sabic)

抗静电ABS 后视镜装饰圈,眼镜盒 —— PC/ASAHSC7079V(锦湖日丽)

SCHULABLEND® WR 5 UV CA(SCHULMAN)

 

2 耐热ABS树脂在汽车内饰的应用

汽车车内是一个密闭的空间,在阳光直射下,汽车内部的温度上升很快,因此要求汽车内饰材料具有较高的耐热性能。针对汽车上不同的零件,各汽车主机厂都有相应的耐热要求,最低的耐热要求也要达到95℃。大众汽车对汽车内饰材料的耐热要求如表3所示。

 

表3 大众汽车对内饰材料的耐热的性能要求

ABS品级 使用标准 耐热要求 零件名称
高抗冲,高流动ABS TL527 VICAT >95 ℃ 座椅侧面护板,门板拉手,出风口电镀装饰圈等。
中等耐热ABS TL527A VICAT >100 ℃ 门板上装,副仪表板,后视镜,尾门拉手等。
高耐热ABS TL527B VICAT >106 ℃ 副仪表板,手套箱,仪表板装饰条,轮毂盖等

 

耐热级ABS在汽车内饰中应用广泛,针对不同内饰零件的耐热要求,国内外原材料厂商都有生产不同级别的耐热ABS,目前市场上常见的汽车内饰用耐热级ABS牌号如表4所示。

 

表4汽车厂企标及耐热级ABS的常见牌号

大众汽车的标准 锦湖日丽 英力士 巴斯夫 标准关键点

耐热要求

TL527 ABS730 LGA GP22 VICAT >95 ℃
TL527A ABSH2938 P2T/H605 HH106 VICAT >100℃
TL527B ABSHU600 H801/HH1891 HH112 VICAT >106℃

 

3低气味ABS树脂在汽车内饰的应用 

内饰材料所含挥发气体是新车味的主要来源,因此需要控制汽车内饰件的气体挥发量,即控制VOC和TVOC。所谓VOC(Volatile Organic Compounds),指的是车内散发出的挥发性有机化合物,TVOC指的是各种被测量VOC的总称。VOC常见的有苯、甲苯、乙苯、乙醛、甲醛、丙烯醛、乙醇、苯乙烯、十四碳烷、乙酸乙酯等,但对人体有较大影响的主要是苯、甲苯、甲醛和二甲苯等有害物质,当其达到一定浓度时,驾乘人员长时间接触会产生乏力乏力、头痛、恶心等中毒症状。因此,内饰材料要严格管控VOC含量。

对车内挥发性气体和气味的测试包括人的感觉测试和严格的仪器测试。表5为大众汽车控制汽车车内气味的标准PV3900的评价内容,评分分为6个级别。其方法是在一定实验条件下,将零件置于一个密封的器皿中,由专业人员凭嗅觉测试零件的气味。主观气味测试实验条件如下:

1 常温23 ℃,模拟正常的驾驶条件 

2 高温40 ℃,模拟夏天的驾驶条件

3 在2h内,高温80℃的条件下,模拟极端温度和夏天暴晒后驾驶舱内的条件

 

表5 大众汽车内饰材料气味评价标准

Grade Evaluation 评估
1 not perceptible 无气味
2 perceptible, not offensive 有气味,但无干扰性气味
3 clearly perceptible, but not yet offensive 有明显气味,但无干扰性气味
4 offensive 有干扰性气味
5 Strongly offensive 有强烈干扰性气味
6 unbearable 有不能忍受的气味

 

除了主观测试气味以外,大部分汽车主机厂都对材料的VOC成分进行了检测。以福特汽车为例,检测项目包括苯,甲苯,二甲苯(邻-二甲苯,对-二甲苯,间-二甲苯),乙苯,苯乙烯(要求最大限值为0.1ug/g),甲醛,乙醛,丙烯醛(要求最大限值为10ug/g)等多种有害气体。同时福特汽车对内饰材料的TVOC也有明确要求,如要求苯乙烯类材料TVOC值小于50ug/g,其它材料要求在100ug/g以下。

我国为了更好的管控新车车内的空气质量,在2012年3月1日颁布了《乘用车内空气质量评价指南》,并开始实施。这要求材料生产厂商提供更低气味、更低VOC的产品来满足消费者的需求。目前,一些公司已经成功的推出了新一代的低气味ABS树脂及其合金[2],目前市场上常见低气味ABS及合金牌号如表4所示。

 

表6 常见低气味ABS及其合金牌号

材料类别 锦湖日丽 英力士

SABIC

中等耐热ABS ABSH2938 Lustran H701    GDT2510
高耐热 ABS ABSHU600

 

ABSHU621

Lustran H801

 X17/X37

通用级 PC/ABS合金 HAC8250 T65XF

 MC8002

高耐热 PC/ABS合金 HAC8260 T85XF

 XCY620

 

4 低光泽ABS树脂在汽车内饰的应用

通常,汽车内饰件表面都要求低光泽,这有利于减少驾驶员的视觉疲劳,提高驾驶安全性。例如仪表板表面光泽度过高,会在挡风玻璃上形成眩光和倒影,严重影响驾驶安全性。因此,ABS及其合金材料的低光泽化成为其重要发展方向,表7是通用汽车内饰件表面光泽度的常规要求。

 

表7 通用汽车常见汽车内饰件表面光泽度要求

光泽等级 色板光面

(60°测试)

零件表面

(皮纹面,60°测试)

零件的位置
GLD 3左右 2以下 内饰腰线以上区域
GLG 5左右 3左右 内饰基本要求
GLA 7左右 5左右 内饰天棚等及外饰
GLM 12左右 >5 外饰零件

 

目前常见的有低光泽ABS合金树脂有PC/ABS和PA/ABS合金。PC/ABS合金低光泽材料耐热高、尺寸稳定性好、韧性高、耐候好,用于汽车仪表板面板、副仪表板等阳光间接照射的地方;PA/ABS 低光泽材料表面哑光效果佳,结合了PA和ABS树脂的优势,具有优异的耐化学品性、热稳定性和尺寸稳定性、低温冲击性,同时结晶材料PA使得PA/ABS合金还具有良好的减震和吸声性能[4]。低光泽ABS及其合金材料在汽车内饰件的应用,能够有效的降低汽车内饰件的生产成本,目前PC /ABS低光泽材料已经在方向盘上下盖、遮阳板、手套箱等零件上得到成功应用;PA/ABS低光泽材料已经应用于控制面板、仪表盘罩、空调出风口等。ABS低光泽材料不仅光泽低,而且相比涂装具有更低的成本优势,将会越来越多的应用于汽车内饰产品。表8是常见低光泽ABS及其合金的牌号、特点及应用情况。

 

表8 常见低光泽ABS及其合金的部分牌号、特点及应用情况

材料类别 特点 表面的光泽度﹡ 主要应用零件 常见牌号
耐热ABS 成本低,尺寸稳定性好 3左右 门板,副仪表板等,以黑色为主 ABSH2938Z  

LGA

 

PA/ABS合金 表面柔和的光泽,耐化学品性能优异 2以下 门板拉手盒,时钟罩,出风口 HNB0270  

N19

PC/ABS合金 综合性能好,不易产生划痕 5左右 转向柱上下罩盖,出风口,手套箱 HAC8260Z

LG9000

KU2-1473

(﹡数据来源于大众汽车K31的皮纹的测试结果,K31为典型的细皮纹)

 

5 吹塑级ABS树脂在汽车外饰的应用

塑料扰流板大部分由吹塑级ABS经过吹塑成型、喷涂后制作而成。吹塑级ABS具有熔体强度高、延伸率大,以及横向和纵向延伸平衡性好的优点,能够满足大型工业中空吹塑制品的成型要求,广泛应用于汽车扰流板、侧踏板、座椅等中空吹塑制品[5]。

锦湖日丽公司推出用于汽车外饰的吹塑级ABS,如中耐热、高冲击ABS BM510,具有良好的加工性能,制品表面平整,可减少抛光等后续加工,降低生产成本。高耐热ABS BM530,可以满足大众汽车和通用汽车等主机厂较高的耐热试验要求。同时,ABS BM530具有良好的延展性和抗冲击平衡性,加工成型性好,翘曲变形小,制品的尺寸稳定性好,有助于生产出壁厚更薄的产品。吹塑级PC/ABS合金耐热等级更高,具有更好的力学性能。目前锦湖日丽与大众汽车合作,开发了PC/ABS吹塑尾翼材料,其特点是耐热更高,强度更大。该产品已经成功应用在朗逸1.4T运动款车型上。

在实际生产过程中,会产生较多的边角料,边角料占制品重量的50%甚至更多,如何回收利用这些边角料困扰生产厂家。目前ABS树脂生产厂家在积极开发可多次回收的吹塑级ABS,如锦湖日丽的BM510R,BM530R。随着整个行业技术的提高,吹塑级ABS将会有更广阔的发展空间。表9是国内外常见的吹塑级ABS树脂及其合金的牌号。

 

表9常见的吹塑级ABS及其合金牌号

材料类别 锦湖日丽 SABIC     其他厂家
吹塑级ABS BM510 / LN532
高耐热吹塑级ABS BM530 EX58 Royalite® R12
吹塑级PC/ABS合金 HAC8250B MC8100 /

 

6 电镀级ABS树脂在汽车内外饰的应用

电镀级ABS树脂广泛应用于汽车内外饰上,如汽车徽标、散热格栅、后视镜、排挡装饰件、轮毂罩等等。与金属相比,塑料电镀制品不仅可以很好的实现金属质感,而且能大幅度降低制品重量,有效改善塑料外观及装饰性,大大提高设计自由度,同时改善其在电、热、耐蚀等方面的性能。从近几年汽车设计发展趋势开看,相比非电镀制件,电镀产品更能彰显汽车高贵华丽的品质,所以大量应用于高级车内饰上。除了电镀门把手,仪表板装饰件也开始使用塑料电镀产品如:电镀出风口装饰圈,电镀中央控制台装饰圈及门板上的装饰条,甚至在后车灯上增加了电镀“眉毛”。随着中高级轿车追求豪华、美观的形象,ABS电镀制件将会越来越多的应用在汽车内外饰件上。

电镀材料选择要综合考虑材料的加工性能、机械性能、成本、电镀成本、电镀难易程度以及尺寸精度等方面。ABS树脂不仅具有优良的综合性能,易于加工成型,而且其独特的化学结构使材料表面易于刻蚀,形成较大的镀层结合力,因此在电镀件中广泛应用。大部分ABS树脂都可以进行电镀,但普通ABS树脂电镀良品率低,镀层与基材结合力不能满足汽车高低温实验要求,因此汽车内外饰必须使用电镀级ABS专用料。对于电镀级ABS树脂,首先丁二烯含量要高,一般应控制橡胶相含量在18%~23%;其次橡胶相分散要好,增加锚固点的数量,提高镀层的结合力;最后还要求具有良好的成型性,减少制品内应力。

汽车用电镀材料既要满足汽车主机厂的材料标准,制成零件后还需要满足汽车零件的总成标准,包括高低温循环试验、镀层的剥离强度、镀层的厚度等[6]。针对不同的电镀制品,可使用不同牌号的电镀级ABS。表7是常见的电镀级ABS及其合金的应用情况

 

表7 常用的电镀级ABS及其合金的特点及应用

材料种类 特点 主要应用零件 常见牌号
电镀级ABS 电镀效果优异,良品率高  散热格栅,尾门拉手等外饰零件 ABS710

PG298 

MG37EP

高耐热电镀级ABS 高耐热,电镀效果良好 出风口装饰圈等内饰零件 P2MC

ABS730

电镀级PC/ABS合金 抗冲击性能好,高耐热  散热格栅,门把手等 HAC8244

T45PG

MC1300

 

7 结语

众所周知,中国是汽车生产和消费大国,随着汽车飞速进入家庭后,国内汽车消费会有更大的增长,国内汽车行业用ABS树脂所占份额也会同步上升,带来的是其广泛的市场应用前景。当ABS树脂在汽车材料上扮演着极其重要角色的同时,为了顺应汽车内外饰材料美观化、舒适化、安全化、轻量化的发展方向,ABS树脂生产厂家正不断的开发新的ABS改性产品,来满足汽车行业越来越高的要求。

 

参考文献

[1] 王荣伟,杨为民,辛敏琦等。《ABS树脂及其应用》

[2] 李焱。新一代PC/ABS在汽车上的应用。中国塑料橡胶,2009,10-11

[3] 李焱,王斌。低光泽免喷涂材料。中国塑料橡胶,2009,8-9

[4] 李焱,王斌。工程塑料新产品在汽车上的应用。中国塑料橡胶,2008,4-5

[5] 范玉东,王斌。吹塑级ABS在汽车扰流板上的应用。汽车制造业-汽车塑化,刊名2008,4

[6] 王尚义。汽车塑料件电镀工艺。北京:机械出版社,2009:3-4

 

 

 

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