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大放“光”彩,亞克力(PMMA)在汽車上的應用
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大放“光”彩,亞克力(PMMA)在汽車上的應用

  • 分類:行業動態
  • 發布時間:2022-06-06 10:59
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【概要描述】聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate),簡稱PMMA,是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的一種高分子聚合物,又稱作有機玻璃,具有高透明度、高耐候性、高硬度、易加工成型等優點,是經常使用的玻璃替代材料。

大放“光”彩,亞克力(PMMA)在汽車上的應用

【概要描述】聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate),簡稱PMMA,是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的一種高分子聚合物,又稱作有機玻璃,具有高透明度、高耐候性、高硬度、易加工成型等優點,是經常使用的玻璃替代材料。

  • 分類:行業動態
  • 發布時間:2022-06-06 10:59
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亞克力

即聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate),簡稱PMMA,是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的一種高分子聚合物,又稱作有機玻璃,具有高透明度、高耐候性、高硬度、易加工成型等優點,是經常使用的玻璃替代材料。


PMMA分子式

PMMA粒子  

PMMA的相對分子質量大約為200萬,而且形成分子的鏈較為柔軟,因此PMMA的強度比較高,抗拉伸和抗沖擊的能力比普通玻璃高7~18倍。其作為有機玻璃時,即使破碎,也不會像普通玻璃那樣產生迸裂的碎片。

破碎的有機玻璃   
 

PMMA是目前光學性能最優良的透明高分子材料,透光率達到92%,比玻璃及PC的透光率高,這也成為其許多應用的最重要基礎特性。   

PMMA透鏡  

PMMA的耐候性在常用塑料里也是首屈一指的,其在汽車外飾耐候測試標準SAE J2527下,可滿足3500-4000 KJ/m2的耐候性測試,遠高于普通PC、PA等塑料。另外,PMMA的鉛筆硬度可達到2H,也遠高于PC等其他普通塑料,具有很好的表面耐刮擦性。
 
亞克力的研究開發,距今已有一百多年的歷史。
 
  • 1872年丙烯酸的聚合性被發現;

  • 1880年甲基丙烯酸的聚合性為人知曉;

  • 1901 年丙烯聚丙酸脂的合成法研究完成;

  • 1927年運用前述合成法嘗試工業化制造;

  • 1937年甲基酸脂工業制造開發成功,由此進入規模性制造。

  • 二戰期間因亞克力具有優異的強度及透光性,首先被應用于飛機的擋風玻璃,坦克司機駕駛室的視野鏡。盛禧奧公司旗下的Plexiglas@品牌最早在北美實現商業化生產PMMA板材。

  • 1948年世界第一只亞克力浴缸的誕生,標志著亞克力的應用進入了新的里程碑......

PMMA因其優異的特性,已經在汽車、電子與家電、消費品、照明、建筑與建材、醫療等領域有著廣泛的應用。今天我們著重講講它在要求比較嚴苛的汽車領域的應用。
 

PMMA在汽車領域的應用

總的來說,PMMA在汽車的尾燈、儀表盤面罩、外立柱和裝飾件、內飾燈、后視鏡外殼等領域都有應用。其主要用于需要透明、半透明以及高光澤度等領域。

PMMA在汽車上的應用   

這些領域的零部件有不同的試驗大綱,對材料的性能要求也有所不同。以吉利汽車對純PMMA材料要求為例,其材料標準部分要求如下。

性能

要求

密度( g/cm3 )

1.18 ± 0.02

拉伸強度( MPa )

≥ 60

簡支梁無缺口沖擊強度 ( kJ/m2 )

≥ 14

彎曲強度 ( MPa )

≥ 90

彎曲模量 ( MPa )

≥ 3000

維卡軟化溫度 (°C )

≥ 100

透光率 (%)

≥ 90 (僅針對無色透明材料)

耐熱老化性

(100 ± 2) °C * 400  h 樣品無分解現象

耐光老化性

滿足 Q/JL J160004 的要求

耐刮擦性(僅針對高光免噴涂外飾部件)

ΔL ≤ 2.0

尾燈

汽車車燈分為前燈和尾燈,其燈罩等部件需要使用透明材料。前照燈與霧燈燈罩多使用聚碳酸酯PC類材料,這是因為在行駛過程中前燈使用的時間往往比較長,同時汽車行駛時對燈罩的耐沖擊要求較高。例如,在夜晚或者大霧的時候,前照燈或者霧燈就需要長時間開啟,對車燈的導光性能和耐熱性能要求都較高,PC的Tg達145℃,可滿足110-120℃的長期使用。但PC用于前燈也存在著工藝復雜、成本較高、易老化等缺點。

PC用于前燈 
 

尾燈則一般是轉向燈、剎車燈等,燈光強度較低、使用時間較短,因此對耐熱要求相對較低,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,是尾燈的面罩、反射器、光導的理想材料。由于較高的硬度,PMMA有很好的耐刮擦性能,作為外配光鏡材料使用時無需進行表面保護,可直接使用。而光散射PMMA具有較高的散射特性,易實現均勻的點亮效果,是當前尾燈應用的重點材料之一。

PMMA用于尾燈  
 
PC與PMMA性能對比

性能

PC

PMMA

沖擊強度

☆☆☆☆

☆☆

透光性

☆☆☆☆

☆☆☆☆☆

耐熱性

☆☆☆☆

☆☆☆

耐候性

☆☆☆

☆☆☆☆☆

耐刮擦性

☆☆

☆☆☆☆

儀表盤面罩

 

儀表盤面罩主要起著保護儀表,準確顯示儀表數據的作用。儀表板面罩要有高的透明度,足夠的強度、剛度,有良好的尺寸穩定性,在太陽光輻射和發動機余熱的高溫下不變形,在長期高溫下不變形、不失效、不影響各儀表的精確度。

PMMA用于儀表盤面罩   
 
還要有適當的裝飾性,格調幽雅,反光度低,給人以寧靜舒適的感覺;耐久性好,使用壽命10年以上;揮發性低,耐汽油、柴油和汗液的腐蝕。儀表板面罩一般是注塑成型,PMMA使用較多。

外立柱和裝飾件

汽車外立柱分為ABC柱,其性能要求主要是高光澤(一般為鋼琴黑),高耐候,高耐熱,耐刮擦,常用方案有ABS+噴漆,PP+噴漆及PMMA+ABS雙層擠出方案,以及增韌PMMA方案。PMMA相比于噴漆方案,可以免去噴涂流程,更環保,成本更低,逐漸成為主流方案。

PMMA用于外立柱 

前裝飾件  

內飾燈

內飾燈包括閱讀燈和氛圍燈。閱讀燈是汽車內部照明系統的一部分,通常安裝在前車頂或后車頂上。為防止光污染,閱讀燈一般要對光線進行散射處理,可使用啞光或者磨砂的PMMA或者PC方案。

讀燈 

氛圍燈是一種能夠營造舒適氛圍、提升整車質感的起到裝飾作用的照明燈。氛圍燈使用的導光條按照其質地分為軟質與硬質兩種。硬質導光條質地偏硬,無法彎曲,一般通過注塑或擠塑成型,材質以PMMA、PC等具備透明性的材料為主。

PMMA導光條  
 
這里需要提出的是,針對超長導光條及散射光需求

AltuglasTM V825T-LPL (普通耐熱級別超長導光規格)和AltuglasTM Diffuse 502 (光擴散規格)兩個PMMA牌號。其中V825T-LPL具有比普通PMMA更好的導光性,更低的黃化指數和光吸收性,同樣厚度或者同樣長度時導光率明顯高于普通PMMA。

 AltuglasTM V825T-LPL和普通PMMA

導光性對比 

AltuglasTM V825T-LPL適合用于超長導光條應用,既可用于內飾,也可用于外飾。

AltuglasTM V825T-LPL 用于內飾氛圍燈 

AltuglasTM V825T-LPL 用于外飾導光條 

AltuglasTM Diffuse 502是具有光散射效果的PMMA材料,可營造柔和、質感、輕松的光學氛圍。

AltuglasTM Diffuse 502 用于頂部控制板

后視鏡外殼

后視鏡外殼主要要求較高的光澤度和黑亮度,同時要求較高的抗沖擊強度、耐刮擦性能和耐候性能。由于鏡殼形狀一般為曲面,容易產生應力,因此對加工性能和韌性要求比較高。常規方案有ABS噴漆,但工藝污染嚴重,工序多,采用PMMA方案可實現免噴涂,不過一般此處要采用增韌級別的PMMA材料,以滿足其試驗大綱中的跌落實驗等項目。

PMMA免噴涂材料用于后視鏡外殼  

以上是PMMA在汽車中的一些常規應用,都是與光學或者外觀有關,要么需要透光,要么需要鋼琴黑等高光黑效果,可以說PMMA為汽車增加了很多“光彩”。
 

由于PMMA的耐熱相對PC較低,難以滿足前燈使用中高耐熱的要求,所以一般在前燈應用相對較少。

PMMA在前燈透鏡的應用

前文講過,PC用于汽車前燈的主要優勢在于高耐熱及高抗沖擊性,可以滿足110℃以上的使用溫度,但是PC的光學性能并不及PMMA,比如透光率低于PMMA,長導光條的光線損失率也高于PMMA,長期使用后的黃變也比PMMA更嚴重。那么,PMMA在前燈如何找到用武之地呢?

光線在長導光條中的傳播    

前燈燈罩由于耐沖擊要求高、使用時間長、聚集熱量多等因素,一般還是使用PC材料。而前燈透鏡則要求溫度相對較低,特別是LED大燈的流行,為PMMA在前燈透鏡的應用開創了條件。2014年后,汽車全LED大燈流行,玻璃透鏡慢慢退出市場,逐漸被PMMA替代。

耐熱AltuglasTM HT121用于前燈透鏡 

在透鏡中,PMMA替代玻璃的優勢有:
1. 容易造型設計、加工成型,特別一些特殊的光學設計;用玻璃只能是圓的,還要進行拋光等操作;

2. 生產效率高,現在一些車燈廠在做透鏡標準化,比如聚光器和透鏡一體化,大批量生產的話,PMMA注塑生產更可保證供貨穩定性;

3. 輕量化,PMMA密度是玻璃的近一半;

4. 玻璃不可回收,PMMA可回收使用。

 

一般來說,根據汽車的定位等級和前燈透鏡設計不同,前燈透鏡要求不同使用溫度等級。要求溫度在85-90℃時,常規PMMA即可滿足使用要求,可直接替代玻璃,如AltuglasTM V825, AltuglasTM V825T。
 

使用溫度較高,在95-105℃時,可采用高耐熱PMMA方案,如高耐熱AltuglasTM HT121,可滿足汽車公司的長期點燈實驗,而常規PMMA不到24小時就會發生變形。當使用溫度要求在110℃以上時,仍需使用玻璃或其他高耐熱材料。

高耐熱AltuglasTM HT121用于前燈透鏡 

 

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