塑料抗劃痕性能測試報告

由于各種聚丙烯塑料在汽車行業中的應用日益增加，要求提供一種新型助劑保證材料具備長期抗劃痕性能。

許多塑料行業將得益于抗劃痕性能，不管產品采用何種塑料。如手椅和家具的配件，日用消費品，電腦配件，尤其是汽車行業。如今的消費者期望他們的物品使用了一段時間后看上去仍象新的一樣。即使是使用了很長的時間。如果手提電腦外殼或者儀表盤上有許多看得見的劃痕將不能滿足要求，人們會認為產品貶值。如果產品使用后沒有可見劃痕將維持產品良好的形象/品牌。客戶去了新的采購部后仍會傾向于該公司的產品。為了保證使用過程中表面不出現劃痕，可以使用高分子量塑料如尼龍（PA），苯乙烯以主的塑料（ABS，SAN）。或者在普通塑料如PP聚丙烯中添加一些助劑以增強材料的機械性能。這篇文章總結了抗劃痕聚丙烯塑料在汽車行業中現狀。主要是產品應用，抗劃痕性能測試，不同的助劑技術及其它影響抗劃痕性能的參數。

汽車行業

很多塑料如PA,ABS,PC（聚碳酸酯）/ABS,PA/PP,TPU(熱可塑性聚氨酯)都廣泛應用在汽車和卡車行業。但是汽車行業正在進行成本節約，所以添加了滑石粉的PP，PP/TPO（熱塑性聚烯烴）也越來越重要。但如果不進一步處理如噴涂抗劃痕涂料，這類材料的抗劃痕性能是不能滿足汽車行業的要求的。但從成本角度考慮額外的噴涂對于高檔車可以承受。但中小型車也需要具備抗劃痕性能。因此需要一種新型助劑使塑料本身具備抗劃痕性能，消除對涂料的依賴。圖1為典型的汽車塑料件-門把手，它是由PP和添加20%玻璃纖維的PA材料組成的。塑料一般用于內部的部件如門板，儀表盤，中央控制臺，還有外部配件如保險杠。由于力學性能原因，汽車塑料件成分有PP，滑石粉以及根據終應用取代部分PP材料的TPOS。含有TPOS的塑料由于力學柔韌性增強特別適用于外飾件。所有組成成分如聚合物形式，滑石粉等級甚至色母都會影響注塑件的抗劃痕性能。對于每一個終成形件，如保險杠，儀表盤，每個汽車制造商或材料供應商的都有自己特定的配方，配方一般不同。導致很多材料應用在汽車PP塑料件中。這意味著抗劃痕助劑必須與許多種塑料兼容。所以對于汽車行業理想的助劑在調節力學性能如硬度，彈性，CLTE（熱膨脹系數）值，低溫沖擊強度或價格時不能受不同材料限制。

在過去的幾年車廂上使用的作為標準的光面塑料已經被紋理表面塑料所取代。紋理表面塑料不僅外觀美觀，手感也明顯好了很多。圖2為在歐洲和美國汽車制造商中廣泛應用的典型塑料。這種塑料一般應用于汽車內飾件。除了材料成分，表面的特性對抗劃痕性能也有顯著的影響。光滑表面比紋理表面較不容易劃傷。從設計原因和紋理表面塑料的優點角度來看消費者更傾向紋理表面在將來起支配性的作用。由于紋理表面的重要但較容易劃傷，Evonic集中精力研究這種表面抗劃痕性能。

典型的汽車塑料內飾件一般是以下配方：

PP共聚物（＋熱塑性聚烯烴）               48-78%

色母料                                                   2-5%

滑石粉                                                  15-40%

TEGOMER 抗劃痕100                        2-4%

 其它助劑                                              1%

（比如抗氧化劑；UV穩定劑，硬脂酸鈣）

 測試方法

當前汽車行業對于評估抗劃痕性能有各種測試方法。有許多測試方法和不同的測試儀器，比如Erichsen 430P劃痕測試儀。這些儀器的測試基本原理是一樣的都是判斷表面的抗劃痕性能。對表面施于一定壓力然后對破壞結果加以量化。這意味著不同的測試方法得到的數字破壞等級沒有可比性。但不同材料的測試結果可以進行類比。圖3為Erichsen 430P劃痕測試儀。Erichsen 430P劃痕測試儀可以進行抗劃痕和劃傷測試。壓力可在5N-20N改變。在測試過程中劃痕工具壓力為5N和10N，劃痕速度1000mm/min。與材料表面接觸的劃痕工具為直徑1mm的球形劃痕頭。儀器可以劃出20條劃痕線圖案（10條線平行，另外10條與其垂直）。然后比較已劃痕和未劃痕表面的亮度差值以評估材料的抗劃痕性能。圖4為通過Erichsen劃出的圖案。亮度差通過BYK Gardner 儀器測量，測試結果delta L值（CieLab系統）用于評估材料的抗劃痕性能。圖5顯示使用有機改性硅氧烷OMS材料在劃痕測試后的表面情況及劃痕深度與delta L值之間的聯系。使用激光共聚焦顯微鏡CLSM來確定劃痕深度。由于使用OMS助劑的塑料件表面較光滑故劃痕深度可能不一致。劃痕深度越大，閃亮粒子越多比如滑石粉反射光。所以有劃痕的表面比未劃痕表面要明亮，delta L值較高。如圖5中的中心圖所示劃痕深度和delta L值之間有很好的關聯性。

該材料為聚丙烯添加40%滑石粉，黑色。是一種組成復雜的塑料件。滑石粉含量較低時劃痕深度也較低delta L值將低很多。

塑料抗劃痕性能測試報告

當前抗劃痕技術

當考慮何種助劑適合增加抗劃痕性能時，該助劑必須具備兩點。首先注塑成型后抗劃痕性能應立即有顯著提高。第二點應保持產品永JIU抗劃痕性，不僅是在汽車生產過程中，更加重要的是在用戶使用過程。

當前汽車行業主要使用酰胺，硅油或枝接聚合物或此類的混合物作為助劑。表1為聚丙烯塑料使用不同的助劑后的抗劃痕性能比較表。表1的第YI列為聚丙烯添加了XIN研發的有機改性硅氧烷TEGOMER 抗劃痕100后的性能。該助劑不會遷移，沒有霧影光澤不會變化具備永JIU性抗劃痕性能。另外它對材料的氣味沒有任何影響。這一點對于通過汽車廠家氣味測試特別重要。

滑石粉的影響

 助劑的添加量對材料抗劃痕性能有著重要的影響。如圖6所示聚丙烯/滑石粉塑料采用不同的助劑并加入12%-20%粒度為3微米的滑石粉。這些材料常用于門板或儀表盤。TEGOMER 抗劃痕100使表面抗劃痕性明顯高于當前廣泛使用的標準助劑。

很明顯增加壓力會使防劃痕變得更加困難。在5牛頓的壓力下不同的材料測試結果變化不大，但當壓力增大到10牛頓時不同的材料會有明顯的區別。所以當研究新配方時使用10牛頓來評估不同的成分。為了光澤或改變材料的機械性能而選擇的滑石粉的等級對于后的抗劃痕性能有著特別重要的影響。滑石粉粒度指標d50及高粒度值是典型參數用于允許技術人員改變材料的后性質以滿足特殊的汽車應用。圖7和圖8為滑石粉18%添加量的塑料在壓力為10牛頓時delta I值。比較K31與K09兩種表面同樣顯示研發人員的不同選擇會影響產品性質。然而使用TEGOMER 抗劃痕100顯示其會很好地增加抗劃痕性能且不受配方的影響。

長期抗劃痕性能

即時抗劃痕性或24小時后的抗劃痕性與汽車生產線密切相關。對于終用戶來說更重要的是注塑件的長期或永JIU性抗劃痕性能。一般是將產品進行耐老化測試在70-80℃環境下保持一周。圖9顯示了不同助劑在老化后的性能。老化測試后deltaＬ值增加顯示抗劃痕性能下降。原因在于不同的助劑遷移到了材料表面。特別是低分子量酰胺顯示測試結果很不理想。不過由于對產品的氣味有影響一般不需要此類助劑。硅油和接枝聚合物此類一般與酰胺結合使用，顯示delta L值也明顯增加. delta L值增加與抗劃痕性減弱可歸結為材料遷移.這種遷移不僅影響抗劃痕性能也影響表面的光澤.

如果此類助劑用于汽車塑料件并通過膠水固定可能出現意想不到的情況。另外表面被硅油或中間層的膠水污染后塑料件將不具備可涂性。終由于表面脫落而損壞。

將抗劃痕助劑與塑料中的其他成分結合在一起時經常會出現問題。比如氣味吸收劑。有時客戶必須使用來去除母料中顏料或塑料本身產生的氣味。TEGOMER 抗劃痕100可以很容易地與氣味吸收劑TEGOSORB P．Ｙ８８結合在一起且不會降低抗劃痕性能．

結論

　塑料的抗劃痕性能與許多參數有關導致必需研發出一種新型助劑來滿足汽車行業塑料件的要求．TEGOMER 抗劃痕100是一種用于聚丙烯塑料的助劑可以克服表面粒度不同，滑石粉等級或添加量不同而出現的問題．該新技術用于汽車行業將不會產生材料遷移并保持長期抗劃痕性能．