PC/ABS擦丝问题机理和解决方案研究

＊王志成

（中化国际（控股）股份有限公司 上海 200000）

引言

PC/ABS 是由PC（聚碳酸酯）和ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）按一定比例合成的一种合金材料。两者共混改性所得的PC/ABS 合金在性能上可互补，不仅耐热性、冲击强度及拉伸强度优于ABS，而且其熔体黏度比PC 低，加工性能好，制品内应力和冲击强度对制品厚度的敏感性都大大降低，在电子电气、汽车及许多高新技术领域用途广泛[1]。汽车内饰零件常采用皮纹面，皮纹面具有保护功能，可以在透明物体上产生散射现象，降低光泽，减少反光炫目，有利于减少驾驶员的视觉疲劳，提高驾驶安全性[2]。

1.背景信息

客户在使用PC/ABS 生产盖板和格栅零件时，注塑后无外观异常，但皮纹面用手擦拭后出现丝状物，位于皮纹区域。试用3 家同类材料，均有该问题，不同厂家的材料严重程度有差异。

2.试验验证

（1）原材料。本公司PC/ABS 和调整配方。

（2）设备及仪器。克劳斯玛菲注塑机，Motan除湿干燥机，金相显微镜，红外分析仪赛默飞，Leistritz ZSE 27 挤出机, 皮纹表面模具和常用汽车皮纹模具，托盘式烘箱，Mitutoyo SJ-410 粗糙度仪，Flex 60 光泽度仪。

（3）试样的制备/实验过程。红外分析制样客户端收集的丝状物采用KBr 研磨压片法；皮纹板使用注塑机在不同的皮纹模具上进行制备。

（4）测试与表征。红外分析：GB/T 6040—2002红外光谱分析方法；皮纹分析：金相显微镜和VHX 设备放大；擦丝评估：手指擦拭，多人平行对比。

3.结论

（1）物质分析。对丝状物进行红外分析，其成分为PC/ABS 材料，推测该丝状物是皮纹零件表层被剥离，故需要对零件表面进行分析和表征。

（2）失效表面分析。通过金相显微镜100 倍放大和通过VHX 设备放大分析，观察失效件擦拭位置和未擦拭位置，显示皮纹表面有磨损，尤其是皮纹突起位置有擦伤，局部被剥离，然后被拉长后形成的丝状物，呈现丝状。

图1 盖板零件擦丝问题

图2 金相显微镜100 倍放大

图3 VHX 设备200 倍放大

（3）皮纹表面分析。传统的皮纹加工方式主要是在模具上进行化学腐蚀,通常对于多层次纹理，需要反复地印花与氧化。即使相似外观的皮纹，在细微结构上也会有很大的不同。现在很多车企通过微纹工艺，即在模具皮纹上再腐蚀一层细小的网纹，使光在纹路表面形成漫反射，降低光泽度[3]。为研究该问题，选用内饰常用的5 种皮纹面皮纹板，在实验室内打板擦拭研究。如图4 为同一个人手指擦拭对比，以保证试验的稳定性，同时让其他实验员平行比较，消除不同人擦拭的影响。

图4 不同皮纹面

经对比测试，五个皮纹面中只有A 复现了擦丝问题，其他皮纹面未见明显擦丝。同样的材料在不同的皮纹面上的擦丝表现不同，皮纹表面需要进行分析和表征。

①皮纹面分析。直接分析模具表面比较困难，故使用VHX 设备分析零件和样板的皮纹表面。如图5 所示，对比两个擦丝零件，虽皮纹的粗细程度不同，但皮纹都存在较为尖锐的峰顶位置。

图5 两擦丝零件皮纹200 倍放大对比

图6 不同皮纹板放大

放大50 倍下观察ABCD 皮纹板，BCD 面粗糙，凸起的表面也较为光滑，A 皮纹细，200 倍下观察可见较多尖锐凸起。而同样200 倍下观察的表面评价模具，虽同样为细皮纹，但没有A 那种尖锐的突起，这就造成了细皮纹模具不易擦丝。

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根据以上分析，皮纹的山峰存在尖锐部位的更容易擦丝。这主要与尖锐部位本身应力就较大，受到摩擦后表面也更容易被破坏有关。

②皮纹粗糙度和光泽度。对客户擦丝零件、皮纹板和表面评价模具的皮纹粗糙度和光泽度进行检测，通过数据对比粗糙度低的易出现擦丝问题，但并未发现明显关联性。

（4）工艺研究。工艺对擦丝问题有影响，故从料温、模温、射速、保压、背压、冷却等进行探究。选用方案如下：料温230～290 ℃，模具温度50～130 ℃，射速10～150 mm/s，保压50～500 bar，背压50～100 bar，冷却10～60 s。

①流动方向的影响。流动方向上比垂直流动方向更容易擦丝，垂直流动方向基本没有。这主要与流动方向比垂直流动方向上的剪切更强有关，皮纹面进一步加强了冷凝层的剪切，使熔体在强剪切下冻结，加剧擦丝问题。PC/ABS 材料中SAN 相分散于PC 连续相中，而PB 橡胶相分散于SAN 相中。占比大的PC 是体系的连续相，占比小的ABS 是分散相，在样条沿着出料方向上，ABS 相在PC 连续相中呈现出间断的层状和细丝状形态；ABS 和PC 本就不耐刮擦，而ABS 的这种细丝状态也容易在受到外力后被剥离。

②料温的影响。料温对擦丝有明显影响，提高料温会改善擦丝，最小擦丝射速也会随料温提高而提高。

③射速的影响。射速对擦丝有明显影响，降低射速有利于擦丝问题改善。而且研究发现存在一个擦丝的最低射速，即超过该射速擦丝逐渐加重，低于该射速，擦丝问题基本没有。

注塑过程中的剪切速率根据如下公式计算：

式中，Q 为体积填充速率，可根据零件质量、密度、填充时间计算。

根据资料显示，剪切速率中的体积流速Q 通过以下方法得来：

其中，总重包含零件和流道质量。

由图7 可观察得到随着料温的提高，最小擦丝射速也随之提高，可以容忍的剪切速率也随之提高，280 ℃比240 ℃提高了一倍。这主要因为料温提高后，材料黏度下降，同等射速下材料受到的剪切下降。

图7 料温和最小擦丝射速

④模温的影响。模温提高擦丝略有改善，但不明显。这主要是与皮纹复写和表层的应力水平有关。高模温会使熔体复制模具更好，皮纹的波峰波谷更明显，波峰的山峰位置更容易被剥离。但零件在高的温度下表面的应力会略有降低，有利于改善擦丝问题。因而皮纹复写和表面应力呈现相反的影响，造成模具温度对该问题的影响不显著[4]。

⑤保压压力。未见明显影响，板轻微缩水状态下皮纹面已经有擦丝问题，高保压也未见明显改善。保压低造成对皮纹复写不良的不做考虑，这样的零件本身就不合格。

⑥背压和冷却时间。未见明显影响，且增加背压和延长冷却时间会增加设备损耗和降低生产效率，会对实际生产造成不利影响。

（5）材料研究。通过注塑1.5 mm V0 阻燃PC/ABS材料发现没有在样板上出现擦丝问题，故阻燃剂和其他添加剂会改善该问题，材料上有调整的空间。

①对比工艺。根据以上工艺研究，选定一组较为严苛的工艺进行不同配方的擦丝对比，料温230 ℃，模具温度50 ℃，射速150 mm/s，保压400 bar，背压50 bar，冷却12 s。

②配方调整。PC/ABS 是由PC 和ABS 两种材料混合而成的合金，而PC 又可分为酯交换法和光气法合成[5]，ABS 有乳液法和本体法两种合成路径。PC 和聚丁二烯胶粉的相容性较差，和SAN 有一定的相容性，但仍需要添加相容剂来增加两者的相容性。另外，材料的流动性对擦丝问题有较大影响，良好的流动性有助于调整注塑过程中的剪切。综上所述，材料调整方面需要从PC、ABS、相容剂、流动性等方面着手验证。限于配方保密，此处不做配方展示。通过不同方向的配方调整，在擦丝问题上表现差异性比较大，擦丝结果如图8 对比。

图8 不同配方擦丝情况

材料上主要从提高相容性、调整流动性方面着手，对比不同的PC 和ABS 以及不同的相容剂和流动改善等。经过调整可以达到与市场上表现好的材料状态，在客户端进行试模验证，配合工艺调整，擦丝问题基本消除。

4.总结

根据以上研究，总结如下：（1）皮纹结构是造成擦丝的重要因素。擦丝问题主要出现在细皮纹上，尤其是多层结构的细皮纹，在受到摩擦时尖锐的突起表层易被破坏，形成起始的破损点，然后表层被继续撕裂拉长后形成丝状物。（2）流动方向上更容易出现擦丝。流动方向比垂直流动方向剪切更强，叠加细皮纹增强表面剪切。（3）注塑工艺可一定程度的优化，射速和料温影响大。任何有助于减少剪切的工艺调整对优化该问题均有一定效果。（4）材料对擦丝问题影响显著。从相容性、流动性以及不同的PC 和ABS 进行调整，对于优化擦丝问题改善明显。