高韌性與高剛度的“鋼化塑料”真的有那么神?
來源:peek板材供應商-恒鑫實業(yè) 作者:PEEK板材加工
繼低發(fā)散汽車內(nèi)飾塑料塑可凈?之后,上海錦湖日麗塑料有限公司(以下簡稱“錦湖日麗”)經(jīng)潛心研發(fā),于2015年初推出一款主打安全特性的納米結(jié)構(gòu)塑料合金,并形象地將其定義為“鋼化塑料”。此該產(chǎn)品能更好地保護人體,顯著提高車輛的安全性。
目前,輕量化是汽車行業(yè)發(fā)展的重要課題,相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示,汽車車身自重約消耗70%的燃油,若整車質(zhì)量減輕10%,燃油效率可提高6%~8%;汽車整車質(zhì)量每減輕100kg,其每行駛100km可節(jié)省0.3~0.6L燃油。換言之,廣泛采用輕量化技術(shù),能使汽車在擁有高效動力的同時兼具杰出的燃油經(jīng)濟性。
業(yè)內(nèi)專家指出,汽車輕量化可從設(shè)計輕量化、采用輕質(zhì)材料替代鋼鐵、改進制造工藝和提高現(xiàn)有材料強度以減少材料重量四個方面實現(xiàn)。其中,用輕質(zhì)材料替代鋼鐵、提高車用塑料的使用比例是降低整車成本及其自身重量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。據(jù)美國化學工業(yè)學會的研究資料顯示,目前汽車內(nèi)的塑料零部件總重量還不及汽車總重量的10%,基于此,“以塑代鋼”的概念在汽車行業(yè)廣為流傳。
但是,在大力倡導“以塑代鋼”理念的同時,塑料的安全性卻受到了質(zhì)疑。工程塑料在靜態(tài)或受到低速外力作用的情況下,能體現(xiàn)出良好的韌性;但在高速撞擊時,其拉伸模量急劇提高,材料剛性明顯增強,同時其拉伸斷裂伸長率也迅速下降,材料表現(xiàn)為脆性,這種情況為駕駛者的安全埋下了一定的隱患。
那么如何妥善解決這一問題?作為PC/ABS技術(shù)的領(lǐng)先企業(yè),錦湖日麗集合了多名來自中國、日本和韓國的材料專家,通過潛心研究,成功開發(fā)出新一代PC/ABS,這是一種被稱為“鋼化塑料”的超級合金。
此材料的開發(fā)基于怎樣的原理?事實上,聚合物的宏觀性能不僅依賴于它的化學結(jié)構(gòu)和分子鏈結(jié)構(gòu),還與材料的微觀相態(tài)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。通過對聚合物多相體系的相態(tài)結(jié)構(gòu)進行設(shè)計與控制,可顯著改善材料性能。
因此,如何通過材料配方和擠出工藝設(shè)計來控制高分子合金的形態(tài)結(jié)構(gòu)、從而大幅提升其性能成為了車用塑料領(lǐng)域一項重要的研究課題。
錦湖日麗聘請的日本科學家經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),當PC/ABS合金的相態(tài)達到納米尺寸分散、雙連續(xù)相分布時,PC/ABS在高速撞擊力下,會展現(xiàn)出與橡膠相媲美的延展性。換言之,可以通過精細控制相態(tài),開發(fā)出一種兼具工程塑料高結(jié)構(gòu)強度,又能在高速撞擊下,擁有與硫化橡膠一樣高韌性的超級聚合物合金。
通過10000多次的實驗,并經(jīng)過權(quán)威機構(gòu)檢測,錦湖日麗的研究人員發(fā)現(xiàn),無論是在相態(tài)結(jié)構(gòu)方面還是性能表現(xiàn),“鋼化塑料”與普通塑料都存在明顯不同。
首先,在相態(tài)結(jié)構(gòu)上:“鋼化塑料”具有納米尺度分散、類似雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)分布;而普通PC/ABS合金為典型的海-島結(jié)構(gòu),ABS相以微米級尺寸分散在PC基體中。
其次,在性能方面,“鋼化塑料”表現(xiàn)出特殊的高分子粘彈性特性:
1.特殊的應力-應變行為:隨著拉伸速度的提高,普通PC/ABS合金的拉伸模量增加,斷裂伸長率減小;而“鋼化塑料”與之相反,拉伸模量減小,斷裂伸長率提高;
2.低溫面沖擊性能優(yōu)異:普通PC/ABS合金的低溫面沖擊性能表現(xiàn)為脆性破壞,裂紋擴展明顯;而“鋼化塑料”則表現(xiàn)為韌性破壞,銀紋化明顯。
總體而言,“鋼化塑料”在一定受力范圍內(nèi),不僅具有比鋼鐵更好的緩釋吸收能量的性能,其被破壞時也不會同普通的工程塑料一樣產(chǎn)生尖銳的碎片,因而可以更好地保護人體。
縱觀國內(nèi)外發(fā)展趨勢,不難判斷,未來的塑料行業(yè)將延伸至建筑、包裝材料、家電及汽車等日常生活的方方面面。而隨著汽車輕量化技術(shù)、行人保護安全吸能技術(shù)、人體防護技術(shù)和3D打印技術(shù)的廣泛應用,“鋼化塑料”將迎來更好的發(fā)展機遇。例如,采用“鋼化塑料”制成的汽車內(nèi)、外飾件,會在碰撞能量吸收技術(shù)中發(fā)揮重要作用,大大提高汽車的安全性;“鋼化塑料”制成的運動器材,可以更好地保護人體的骨骼,當關(guān)節(jié)在受到撞擊時,可使沖擊力迅速得到緩沖。“鋼化塑料”未來的發(fā)展,將會帶給人們更多的驚喜!
責任編輯:Kris