徐　衡

（江西科技學(xué)院，南昌 330098）

汽車內(nèi)飾件模外裝飾用PMMA的力學(xué)性能*

徐衡

（江西科技學(xué)院，南昌 330098）

為研究汽車內(nèi)飾件模外裝飾材料聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的力學(xué)性能，對(duì)PMMA膜材分別在2.5 mm /min （0.001 667 s-1），5 mm/min （0.003 333 s-1）和10 mm/min （0.006 667 s-1）不同拉伸速率下進(jìn)行高溫［90℃（363 K），105℃（378 K）和115℃（388 K）］單向拉伸實(shí)驗(yàn)，得到了不同條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)加熱溫度相同時(shí)，隨著應(yīng)變速率的增大，PMMA的應(yīng)力、延伸率和屈服應(yīng)力也逐漸提升。當(dāng)應(yīng)變速率一致時(shí)，其屈服強(qiáng)度與應(yīng)力隨著溫度的升高而逐漸變小。

汽車模外裝飾；聚甲基丙烯酸甲酯；力學(xué)性能；拉伸實(shí)驗(yàn)

模外裝飾工藝是模內(nèi)裝飾工藝的延伸，其原理是將熱塑性薄膜裁成一定尺寸加熱軟化后，采用真空高壓技術(shù)使其變形后覆貼在基材輪廓面上［1-4］。模外裝飾工藝具有傳統(tǒng)裝飾沒有的優(yōu)勢(shì)，模外裝飾工藝可以對(duì)任何材質(zhì)的外殼進(jìn)行表面貼膜裝飾，其應(yīng)用范圍極為廣泛，包括家電產(chǎn)品的控制裝飾面板、電子產(chǎn)品的裝飾面殼、汽車裝飾件的外殼和汽車標(biāo)志等。薄膜的力學(xué)特性會(huì)影響模外裝飾工藝的質(zhì)量，而溫度和應(yīng)變速率對(duì)其力學(xué)特性影響較大［5-7］。

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜是一種硬而高度透明的塑料薄膜，可以透過可見光為92%，紫外光為73%，密度約為1.17 g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)約為0.209 W/（m·K），比熱容為2 344 J/（kg·K），玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）約為104℃［10-11］。PMMA薄膜具有良好的綜合力學(xué)性能，其力學(xué)強(qiáng)度特性非常強(qiáng)，如果在低于Tg的環(huán)境下進(jìn)行定向拉伸，則可增強(qiáng)抗沖擊特性，同時(shí)它具有一定的耐候性。在-50～-60℃和100℃溫度附近，其抗沖擊特性保持不變，而且具有耐稀酸、稀堿等特性，適用于熱壓成型工藝，所以PMMA薄膜是比較優(yōu)良的汽車內(nèi)飾件模外裝飾基材。程軍等［8］通過對(duì)PMMA研究，結(jié)果表明其在常溫下表現(xiàn)為典型的脆性特性，在凍結(jié)溫度下表現(xiàn)出塑性特性。Chen Wei等［9］的研究結(jié)果表明PMMA在動(dòng)態(tài)拉伸下的屈服強(qiáng)度小于動(dòng)態(tài)壓縮的屈服強(qiáng)度。筆者通過對(duì)PMMA進(jìn)行高溫單向拉伸實(shí)驗(yàn)，獲取相應(yīng)條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，以此研究PMMA在不同溫度和速率下的力學(xué)性能。

1 　實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

PMMA薄膜：廣東省東莞市浩銘塑料有限公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

電子萬能試驗(yàn)機(jī)：AG-X型，測(cè)量范圍：0～300 kN，精度0.5級(jí)，最大負(fù)荷300 kN，日本島津公司。

根據(jù)塑料拉伸性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1040.1-2006測(cè)試［12-14］，拉伸標(biāo)準(zhǔn)試樣的尺寸如圖1所示，采用激光切割方法對(duì)2 mm的透明PMMA膜材進(jìn)行加工處理。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

拉伸實(shí)驗(yàn)在電子萬能試驗(yàn)機(jī)完成。由于本實(shí)驗(yàn)是高溫拉伸實(shí)驗(yàn)，需對(duì)PMMA膜材進(jìn)行加熱處理，因此使用了高溫爐及其溫度控制器。高溫爐能夠保證爐內(nèi)的溫度在設(shè)定范圍之內(nèi)，溫度控制器中可以設(shè)置高溫爐上、中、下位置的溫度。采用TRAPEZIUM X軟件設(shè)置實(shí)驗(yàn)方法（樣品尺寸、拉伸速率等），它可以記錄整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的數(shù)據(jù)，并且可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)驗(yàn)時(shí)設(shè)置應(yīng)力和應(yīng)變?yōu)檩敵鰯?shù)據(jù)。

PMMA膜材厚度為2 mm，將電子萬能試驗(yàn)機(jī)的拉伸速率分別設(shè)定為2.5 mm/min（0.001 667 s-1），5 mm/min （0.003 333 s-1）和10 mm/min （0.006 667 s-1），將溫度分別設(shè)為90℃（363 K），105℃（378 K）和115℃（388 K）。

2 　結(jié)果分析

2.1 實(shí)物拉伸分析

按照上述方法分別對(duì)PMMA膜材進(jìn)行不同拉伸速率和不同溫度的單向拉伸實(shí)驗(yàn)，膜材被拉斷之后，試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)停止工作，TRAPEZIUM X軟件記錄了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)。圖1～圖3分別是在溫度90℃（363 K）、105℃（378 K）和115℃（388 K）時(shí)不同拉伸速率實(shí)驗(yàn)后拉伸試樣的實(shí)物圖。由圖1～圖3可知，PMMA在不同溫度和不同拉伸速率下，其拉伸長(zhǎng)度和斷裂位置各不一樣，由此說明溫度和應(yīng)變速率對(duì)PMMA的力學(xué)性能都有較大影響。

圖1 90℃時(shí)不同拉伸速率下拉伸試樣實(shí)物圖

圖2 105℃時(shí)不同拉伸速率下拉伸試樣實(shí)物圖

圖3 115℃時(shí)不同拉伸速率下拉伸試樣實(shí)物圖

2.2 不同溫度的影響分析

圖4～圖6分別是拉伸速率為0.001 667，0.003 333，0.006 667 s-1時(shí)PMMA膜材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

圖5 拉伸速率為0.003 333 s-1時(shí)PMMA膜材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖6 拉伸速率為0.006 667 s-1時(shí)PMMA膜材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

由圖4～圖6可知，當(dāng)加熱溫度至363 K，PMMA膜材會(huì)呈現(xiàn)比較明顯軟化和硬化，其屈服強(qiáng)度較高，膜材斷裂時(shí)其應(yīng)變均偏小。當(dāng)加熱溫度至378 K，PMMA膜材的應(yīng)變軟化現(xiàn)象顯著減緩，其硬化現(xiàn)象也隨之減弱，同樣屈服強(qiáng)度也顯著降低，膜材斷裂其應(yīng)變偏大。當(dāng)加熱溫度至388 K，PMMA膜材應(yīng)變軟化現(xiàn)象基本消失，其應(yīng)變硬化隨之減弱，PMMA膜材的拉伸比隨溫度的升高而增大。

由圖4～圖6可知，當(dāng)溫度低于PMMA的Tg（104℃）時(shí)，其具有明顯的屈服和應(yīng)變軟化現(xiàn)象。當(dāng)溫度高于其Tg時(shí)，其屈服和應(yīng)變軟化性質(zhì)明顯減弱。由圖4可知，當(dāng)應(yīng)變速率為0.001 667 s-1時(shí)，363 K和378 K下PMMA的屈服強(qiáng)度分別為22.1 MPa，4.6 MPa。由圖5可知，當(dāng)應(yīng)變速率為0.003 333 s-1時(shí)，363K和378K下PMMA的屈服強(qiáng)度分別為30.1 MPa，8.6 MPa。由圖6可知，當(dāng)應(yīng)變速率為0.006 667 s-1時(shí)，363K和378K下PMMA的屈服強(qiáng)度分別為37.6 MPa，13.5 MPa。當(dāng)溫度為388K時(shí)，PMMA的屈服強(qiáng)度都近似等于零。與此同時(shí)可知，隨著溫度的逐漸升高，PMMA斷裂時(shí)的應(yīng)變也越來越大。由圖4可知，當(dāng)溫度為363K、應(yīng)變速率為0.001 667 s-1時(shí)，PMMA斷裂時(shí)的應(yīng)變?yōu)?.46。由圖5可知，當(dāng)溫度為378K、應(yīng)變速率為0.003 333 s-1時(shí)，PMMA斷裂時(shí)的應(yīng)變?yōu)?.83。由圖6可知，當(dāng)溫度為388K、應(yīng)變速率為0.006 667 s-1時(shí)，PMMA斷裂時(shí)的應(yīng)變?yōu)?.04。

2.3 不同應(yīng)變速率的影響分析

圖7～圖9分別為加熱溫度為363，378，388 K時(shí)PMMA膜材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。由圖7～圖9可知，當(dāng)加熱溫度至363 K，PMMA隨著應(yīng)變速率的提升，其屈服應(yīng)力逐漸提高。當(dāng)加熱至378 K，隨著應(yīng)變速率的增大，PMMA屈服應(yīng)力逐漸增大，其拉伸比也逐漸增大，其軟化現(xiàn)象隨之減小。當(dāng)加熱至388 K，PMMA基本不出現(xiàn)屈服和軟化現(xiàn)象，并隨著溫度增高，其應(yīng)變和拉伸比也隨之增大。

圖7　 溫度為363K時(shí)PMMA膜材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖8　 溫度為378K時(shí)PMMA膜材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖9　 溫度為388K時(shí)PMMA膜材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

通過以上分析可知，在同一溫度下，隨著應(yīng)變速率的增大，PMMA膜材的屈服強(qiáng)度也隨之增大。在同一溫度下，隨著應(yīng)變速率的增大，PMMA膜材斷裂時(shí)的應(yīng)變逐漸減小。

3 　結(jié)論

PMMA薄膜是一種優(yōu)良的汽車內(nèi)飾件模外裝飾材料，在高溫時(shí)的力學(xué)性能與溫度和應(yīng)變速率關(guān)系密切。通過對(duì)PMMA膜材進(jìn)行不同溫度和不同應(yīng)變速率的單向拉伸實(shí)驗(yàn)，獲得了相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)溫度低于PMMA的Tg（104℃）時(shí)，其具有明顯的屈服和應(yīng)變軟化現(xiàn)象。當(dāng)溫度高于其Tg時(shí)，其屈服和應(yīng)變軟化性質(zhì)明顯減弱。當(dāng)應(yīng)變速率一致時(shí)，PMMA膜材的應(yīng)力軟化和硬化現(xiàn)象隨溫度的提升而逐漸減緩，其屈服應(yīng)力隨之變小。當(dāng)加熱溫度一致時(shí)，PMMA膜材的屈服應(yīng)力隨著應(yīng)變速率的逐漸升高而逐漸增大。

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德國塑料工業(yè)上半年發(fā)展勢(shì)頭超過預(yù)期

2016年上半年德國塑料工業(yè)發(fā)展超過預(yù)期。據(jù)德國KI（Kunststoff Information）的調(diào)查顯示，在接受訪問的公司中，有51%公司業(yè)績(jī)與去年下半年相比取得增長(zhǎng)。

調(diào)查在6月訪問了來自德語地區(qū)的495家塑料行業(yè)公司：加工（53%）、分銷和配料（11%）、材料供應(yīng)（7%）、機(jī)械（4%）以及其它。當(dāng)被問及與2015年下半年比較，51%的受訪公司表示，2016年上半年業(yè)績(jī)更好，34%表示差不多，只有15%表示業(yè)績(jī)比較差。對(duì)于2016年下半年業(yè)績(jī)展望，46%的受訪公司預(yù)計(jì)會(huì)和上半年差不多，預(yù)計(jì)結(jié)果會(huì)更好和更差的所占比例分別為37%和17%。就行業(yè)而言，塑料消費(fèi)產(chǎn)品的制造商對(duì)于2016年下半年持較強(qiáng)樂觀態(tài)度，三分之二的受訪公司預(yù)計(jì)會(huì)有相對(duì)增長(zhǎng)。相反，加工行業(yè)內(nèi)保持樂觀所占比不到40%。與此同時(shí)，66%的受訪公司預(yù)計(jì)其中短期投資計(jì)劃不變，19%的受訪公司會(huì)增加投資。

此外，對(duì)中國塑料工業(yè)的看法，根據(jù)調(diào)查，39%的受訪公司表示在中國進(jìn)行采購，另有4%表示正準(zhǔn)備這樣做，而27%的德國塑料行業(yè)公司也在中國制造產(chǎn)品。

至于在中國開展活動(dòng)的戰(zhàn)略意義，比較多的材料供應(yīng)商和機(jī)械制造商表示，中國是重要或極為重要的市場(chǎng)。對(duì)于中國公司在德國和歐盟國家的收購和直接投資活動(dòng)越來越活躍，根據(jù)調(diào)查，有一半的受訪公司認(rèn)為這是一個(gè)負(fù)面趨勢(shì)，僅有5%的受訪公司認(rèn)為這是一個(gè)積極的信號(hào)。45%對(duì)此保持中立或者無看法。絕大多數(shù)受訪者普遍擔(dān)憂這種趨勢(shì)造成技術(shù)“拋售”的威脅（占70%）。另一個(gè)反應(yīng)是中國應(yīng)該便利歐盟的回報(bào)投資（60%）。一些受訪者則認(rèn)為，被收購的公司會(huì)更好地進(jìn)入中國市場(chǎng)（40%）。

（中塑在線）

塑料瓶裝飲用水不安全，長(zhǎng)期使用對(duì)身體有害

科學(xué)家經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，用塑料容器盛裝飲用水對(duì)人體健康不利。為確定用塑料容器盛裝飲用水是否會(huì)對(duì)人體造成不良影響，專家們對(duì)將近1 500名志愿者的身體健康狀況進(jìn)行了跟蹤研究，這其中包括孕婦和處于青春期的少年。在1 500名參與調(diào)查的志愿者中，95%的調(diào)查參與者的尿液中均發(fā)現(xiàn)了有毒物質(zhì)雙酚A。專家稱，雙酚A若在人體內(nèi)大量積累將會(huì)引發(fā)心血管疾病、肥胖和抑郁癥等疾病，甚至還會(huì)對(duì)人體相關(guān)激素的分泌產(chǎn)生不利影響。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，如果這些尿液中被發(fā)現(xiàn)有毒素雙酚A的人四天內(nèi)不飲用塑料容器盛裝的飲用水，則該毒素的數(shù)量將會(huì)減少兩倍。

（中國聚合物網(wǎng)）

Mechanical Properties of PMMA Used for Automotive Interior Based on Outside Mold Decoration

Xu Heng
（Jiangxi University of Technology， Nanchang 330098， China）

Aiming at studying the mechanical properties of automotive interior based on outside mold decorationpolymethacrylate （PMMA），the true stress-strain curves under different stretching velocity of 2.5 mm/min （0.001 667 s-1），5 mm/ min （0.003 333 s-1） and 10 mm/min （0.006 667 s-1） were obtained by uniaxial tensile tests of PMMA plastic sheets at ［90℃（363 K），105℃（378 K） and 115℃（388 K）］. The analysis results show that at the same temperature the stress，tensile ratio and yield strength would increase when the strain rate rise. At the same strain rate，stress and yield strength would also significantly decrease when the temperature rise.

automotive outside mold decoration；polymethacrylate；mechanical property；tensile test

TQ335.7

A

1001-3539（2016）09-0104-04

10.3969/j.issn.1001-3539.2016.09.023

*江西省2013年第五批科技專項(xiàng)（20135BBG70010），江西省2014年第二批科技專項(xiàng)（20142BBE50061）

聯(lián)系人：徐衡，副教授，主要從事車輛工程及汽車材料研究

2016-07-01