呼勝利　吳布衣　袁芳

摘 要：結(jié)合“雙創(chuàng)”的背景，本文圍繞改性亞克力車(chē)窗創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，對(duì)亞克力輕量化節(jié)能設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)了分析，提出了輕量化節(jié)能設(shè)計(jì)方案，并確認(rèn)了材料的節(jié)能設(shè)計(jì)效果，然后對(duì)材料的輕量化應(yīng)用進(jìn)行了探討，從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：亞克力 輕量化 車(chē)窗

引 言

在大眾創(chuàng)業(yè)，萬(wàn)眾創(chuàng)新的社會(huì)發(fā)展背景下，各行各業(yè)都在積極開(kāi)展創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。亞克力作為繼陶瓷、鋼具、玻璃后的一大使用材料，為有機(jī)合成塑料材料，具有輕質(zhì)化特點(diǎn)，在多個(gè)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。但在新能源汽車(chē)發(fā)展領(lǐng)域，盡管全塑亞克力車(chē)窗產(chǎn)品擁有廣闊市場(chǎng)，卻因?yàn)閲?guó)內(nèi)在高級(jí)改性塑料方面的研究存在空白而無(wú)法實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。因此，設(shè)立改性亞克力車(chē)窗創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)亞克力輕量化節(jié)能設(shè)計(jì)，可以較好的滿足汽車(chē)行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展需求。

1項(xiàng)目概況

采用無(wú)機(jī)玻璃車(chē)窗，盡管可以滿足光學(xué)性能、日光照射和耐磨性等方面的要求，但是卻存在過(guò)于沉重的缺陷，無(wú)法滿足新能源汽車(chē)的輕量化節(jié)能發(fā)展需求。采用改性亞克力材料，可以實(shí)現(xiàn)輕量化車(chē)窗的生產(chǎn)，通過(guò)減輕汽車(chē)重量達(dá)到汽車(chē)節(jié)能減排目標(biāo)。相較于無(wú)機(jī)玻璃車(chē)窗，改性亞克力車(chē)窗具有質(zhì)量輕的顯著優(yōu)勢(shì)，質(zhì)量?jī)H為無(wú)機(jī)玻璃車(chē)窗的一半，可以減輕汽車(chē)重量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。使用該種車(chē)窗，可以使汽車(chē)重心得到降低汽車(chē)，提高汽車(chē)的靈活性和穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)改性后，亞克力的韌性則能提高30多倍，滿足汽車(chē)車(chē)窗強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，具有較強(qiáng)安全性。在透光性方面，無(wú)機(jī)玻璃透光率僅能達(dá)到80%，亞克力車(chē)窗則能達(dá)到93%。此外，亞克力材料具有較好的隔音和保溫效果，十分環(huán)保，可重復(fù)循環(huán)利用，因此可以實(shí)現(xiàn)資源的節(jié)約。

2亞克力輕量化節(jié)能設(shè)計(jì)分析

2.1材料改性方案

實(shí)際進(jìn)行材料輕量化節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，需要采用乳液聚合方法進(jìn)行PB-g-PMMA的合成，然后將其作為聚甲基丙烯酸甲酯增韌劑，加入聚偏氟乙烯實(shí)現(xiàn)攪拌共混得到新型的改性材料。在PB-g-PMMA的合成階段，考慮到純PMMA樹(shù)脂缺口沖擊強(qiáng)度只有10J/m，需要增強(qiáng)韌性，所以需要進(jìn)行PB-g-PMMA粒子的制備，以用作增韌劑。在反應(yīng)溫度為70℃條件下，在三口燒瓶中加入去離子水、焦磷酸鈉、葡萄糖、硫酸亞鐵、聚丁二烯膠乳、氫氧化鉀、異丙苯過(guò)氧化氫，然后通入氮?dú)猓诜磻?yīng)釜中進(jìn)行配置的MMA和CHP單體的滴加。直至3h左右，可完成滴加。在這一過(guò)程中，需要使蠕動(dòng)泵保持300r/min轉(zhuǎn)速。1 h后，添加60ml抗氧劑。0.5 h后，將反應(yīng)液取出，利用溫度為65℃的硫酸鎂溶液進(jìn)行破乳，過(guò)濾后則能得到PB-g-PMMA接枝共聚物。放入60℃鼓風(fēng)干燥箱中干燥，可以獲得到粉料。在得到的PB-g-PMMA中，PB和PMMA含量分別為80%和20%。

在共混物制備階段，引入20%的PB-g-PMMA后，PMMA缺口沖擊強(qiáng)度可以提高至30J/m。韌性只提高2倍，使得材料依然會(huì)發(fā)生脆性斷裂。為使材料韌性得到提高，需要引入PVDF調(diào)控機(jī)體，得到PMMA共混物。為確定加料比例，將不同含量PDVF混合，并開(kāi)展力學(xué)測(cè)試。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，在PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)40%時(shí)，缺口沖擊強(qiáng)度最大，達(dá)305J/m，為純PMMA樹(shù)脂的30倍，基體發(fā)生韌性斷裂，PMMA樹(shù)脂的增韌效率得到了顯著提高。而共混物的屈服強(qiáng)度則隨之降低，容易發(fā)生屈服和韌性斷裂。結(jié)合測(cè)試結(jié)果，可以在密煉機(jī)中，將烘干的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的PMMA和40%的PVDF、20%的PB-g-PMMA粉料混合，溫度控制在220℃，轉(zhuǎn)速達(dá)60r/min，3min后可結(jié)束混合。最后，將混合物注入硫化澆筑模型，然后冷卻2min，可得到成型材料。

2.2節(jié)能設(shè)計(jì)效果

從節(jié)能設(shè)計(jì)效果來(lái)看，采用改性材料制造的車(chē)窗重量可以減輕50%。按照汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)等單位聯(lián)合搜集得到的數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)車(chē)輛平均油耗達(dá)6.3L/100km，年均行程平均2.5萬(wàn)公里，汽車(chē)年銷(xiāo)售量約3196萬(wàn)輛。平均家用車(chē)車(chē)重1200kg，包含前擋風(fēng)車(chē)窗、后擋風(fēng)車(chē)窗、兩側(cè)車(chē)窗及天窗總重約60kg。采用改性亞克力材料，約降重30kg，節(jié)重比達(dá)2.5%。汽車(chē)每降重1%，油耗將會(huì)降低0.6%-1%。通過(guò)計(jì)算，可以得到平均單輛車(chē)年節(jié)約油耗在23.625L-39.375L之間。如果新銷(xiāo)售車(chē)輛全部應(yīng)用該種車(chē)窗，下一年可以節(jié)約7.55×108-1.258×109升成品油。在汽車(chē)尾氣排放方面，可減少7.55×109-1.258×1010m?廢氣，二氧化碳排放量可減少1.21578×1010-2.0263×1010kg[1]。所以采用改性亞克力，不僅可以節(jié)約能源，也能減少環(huán)境污染。而該種材料可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)循環(huán)利用，所以能夠?qū)崿F(xiàn)資源的節(jié)約。因此通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，采用新材料能夠使汽車(chē)車(chē)窗得到革命性革新。

2.3輕量化應(yīng)用

結(jié)合改性亞克力材料的特性可知，該種材料可以在新能源汽車(chē)和一般機(jī)動(dòng)車(chē)上得到應(yīng)用，達(dá)到節(jié)能減排的目的。對(duì)于新能源汽車(chē)來(lái)講，則能通過(guò)實(shí)現(xiàn)車(chē)身輕量化提高汽車(chē)行程，為新能源汽車(chē)的推廣應(yīng)用提供助力。由于該種車(chē)窗耐候性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，并且隔音和保溫效果好，所以可以嘗試在地鐵、火車(chē)等民用交通領(lǐng)域推廣應(yīng)用。通過(guò)在車(chē)窗上覆蓋聚硅氧烷納米復(fù)合涂層，則能增強(qiáng)材料抗腐蝕和抗氧化性，避免材料老化，同時(shí)也能使材料光澤度更高，使車(chē)窗更加透亮，繼而使車(chē)輛舒適度得到提高。經(jīng)過(guò)改性后，材料共混體系中引入了聚偏氟乙烯調(diào)控基體，其不僅具有較高鏈纏結(jié)密度，同時(shí)也能與PMMA較好相容，所以可以使材料以剪切屈服方式發(fā)生斷裂，因而不僅韌性更強(qiáng)，并且破碎后不會(huì)形成尖銳碎片，可以增強(qiáng)車(chē)窗的安全性。該種材料可塑性強(qiáng)，也能根據(jù)汽車(chē)要求完成不同弧度的車(chē)窗的制作，達(dá)到降低空氣阻力和增強(qiáng)車(chē)輛美觀性的目標(biāo)[2]。此外，在其他領(lǐng)域，如儀器儀表、發(fā)光廣告墻、高速公路隔音墻等方面，也都可以利用改性亞克力材料進(jìn)行有機(jī)玻璃、原晶狀體等材料替代，從而達(dá)到更高的性能要求。

結(jié) 論

新能源汽車(chē)作為汽車(chē)行業(yè)未來(lái)發(fā)展方向，需要實(shí)現(xiàn)輕量化以減少單位能耗，解決該類(lèi)汽車(chē)短期內(nèi)單次充能行程有限的問(wèn)題。而采用改性亞克力車(chē)窗，可以滿足汽車(chē)輕量化節(jié)能設(shè)計(jì)要求，成為國(guó)家推動(dòng)節(jié)能減排的有效舉措。因此相信在未來(lái)發(fā)展中，改性亞克力材料將在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，為人類(lèi)解決能源環(huán)境問(wèn)題提供新的途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳海霞.亞克力有機(jī)玻璃生產(chǎn)[J].綠色環(huán)保建材，2017（03）：3.

[2] 張娜.聚碳酸酯（PC）在輕量化車(chē)窗上的應(yīng)用[J].汽車(chē)工藝與材料，2014（09）：69-72.

項(xiàng)目基金：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助。