ABS復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展

鄭秀云，熊曉松

（武漢城市學(xué)院，湖北 武漢 430000）

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（ABS）是五大合成樹脂之一。2021年，全球ABS產(chǎn)能約為11 850 kt，我國ABS產(chǎn)能約411.50 kt［1］。因ABS不僅具有良好的抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學(xué)藥品腐蝕性及電氣性能，而且具有易加工、制品尺寸穩(wěn)定、表面光澤性好等特點，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、電子電器、儀器儀表、紡織和建筑等領(lǐng)域；但由于ABS中含有丁二烯聚合時形成的不穩(wěn)定、易氧化的雙鍵，使其耐候性較差，限制了其單獨使用［2］；ABS更多的是與其他樹脂或材料形成復(fù)合材料或合金［3-4］。隨著“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，減少汽車造成的碳排放及其帶來的環(huán)境問題，成為汽車行業(yè)發(fā)展關(guān)注的焦點。有研究表明，汽車自重減輕1%，可節(jié)油1%；運(yùn)動部件質(zhì)量減輕1%，節(jié)油2%［6］。輕量化、塑料化是汽車發(fā)展的趨勢，國外汽車用塑料已經(jīng)達(dá)到整車10%～15%，有的甚至高達(dá)20%以上［7］，其中，ABS及其復(fù)合材料的用量接近汽車塑料總用量的8%［5］。本文綜述近5年來ABS復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展。

1 阻燃ABS復(fù)合材料

溫州任和文化創(chuàng)意有限責(zé)任公司［8-11］公開了采用防老化高阻燃ABS顆粒制備的高阻燃ABS汽車內(nèi)飾件。該ABS顆粒具有較好的阻燃性，制成的汽車用內(nèi)飾件質(zhì)量可靠。其中，復(fù)合阻燃劑以磷酸和尿素為主要原料，硅藻土和磁性有序介孔鐵酸鎳為載體，通過原位聚合制得聚磷酸銨-硅藻土磁性有序介孔鐵酸鎳復(fù)合阻燃劑，可充分發(fā)揮聚磷酸銨與硅、鐵、鎳元素的協(xié)同阻燃作用，使ABS復(fù)合材料有很好的阻燃性能。厚度為1.6 mm的防老化高阻燃ABS樣片的阻燃等級為UL 94 V-0級，燒失量大于等于30%（w），可注塑加工成各種形狀的零件，使用壽命長，安全性好。

安徽別格迪派標(biāo)識系統(tǒng)有限公司［12-13］公開了一種鋁粉填充改性的阻燃絕緣型汽車吸塑材料，其中，中介孔分子篩與線型酚醛樹脂產(chǎn)生鍵合作用，提高了基體樹脂熱穩(wěn)定性，微膠囊化聚磷酸銨、Sb2O3與高嶺土協(xié)同，阻燃效果更佳。將石墨烯引入到ABS基體中，明顯提高了樹脂的阻燃性、熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能，吸塑材料的垂直燃燒性能達(dá)UL 94 V-0級，極限氧指數(shù)（LOI）31%～32%，600℃殘?zhí)柯?7%（w），拉伸強(qiáng)度46 MPa，缺口沖擊強(qiáng)度29～31 kJ/m2，斷裂伸長率38%。該公司［14］公開的另一種水滑石-硅灰石改性阻燃ABS的垂直燃燒性能達(dá)UL 94 V-0級，LOI為32%，600 ℃殘?zhí)柯蕿?7%（w），拉伸強(qiáng)度達(dá)47 MPa，缺口沖擊強(qiáng)度為33 kJ/m2，斷裂伸長率為42%。

蕪湖博元材料科技有限公司［15］公開的一種汽車內(nèi)飾件用阻燃ABS復(fù)合材料的原料組成為：ABS 80～100 phr，復(fù)合阻燃劑［由40～50 phr磷酸三（2-氯丙基）酯以及50～60 phr偏硼酸鋇組成］30～40 phr，硬脂酸鋅10～20 phr，抗氧劑（抗氧劑1010、抗氧劑168或抗氧劑264）5～10 phr，偶聯(lián)劑（KH570，KH171，KH550或鈦酸酯偶聯(lián)劑）5～10 phr，阻燃增效劑2～8 phr；采用熔融擠出成型方法制備。引入定量的復(fù)合阻燃劑，提高了塑料制品的阻燃性能和耐高溫性能；引入阻燃增效劑，極大提升了再生材料的阻燃性能；加入復(fù)合抗氧劑，抗氧化性強(qiáng)；增韌劑的添加提高了拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，且沖擊強(qiáng)度高，加工流動性好，成品的光澤度高，熱變形性能穩(wěn)定；擠出料在線干燥處理后，表面含水率基本為0，且該內(nèi)飾件結(jié)構(gòu)簡單，可操作性強(qiáng)，裝配便捷。

浙江普利特新材料有限公司等［16］公開了一種高抗沖高阻燃聚碳酸酯（PC）/ABS復(fù)合材料，其原料組成為：PC 75%～85%（w），ABS 5%～10%（w），粉體型磷系阻燃劑5%～10%（w），高橡膠含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于65%）的ABS接枝共聚物增韌劑3%～10%（w）。該高抗沖高阻燃復(fù)合材料既具有優(yōu)異的低溫抗沖擊性能，又具備高阻燃性能，阻燃性能達(dá)到UL 94 V-0級，可用于汽車功能件等。薛念念［17］公開了一種汽車用阻燃電鍍PC/ABS合金材料。該發(fā)明通過原料組分的合理選擇以及組分用量的科學(xué)配比，改善汽車用PC/ABS合金材料電鍍效果的同時，提高了PC/ABS合金材料的阻燃性能，制備工藝科學(xué)易控，提高了PC/ABS合金材料在車用材料市場的競爭力。

2 阻燃/抗菌ABS復(fù)合材料

安徽別格迪派標(biāo)識系統(tǒng)有限公司［18］公開了一種含介孔分子篩-石墨烯的抗菌阻燃型汽車用吸塑材料，其原料組成為：41.0～48.0 phr ABS，4.0～8.0 phr線型酚醛樹脂，4.0～9.0 phr微膠囊紅磷，2.0～5.0 phr堿式硫酸鎂晶須，3.0～5.0 phr丁腈橡膠，5.0～8.0 phr SBA-15介孔分子篩，5.0～9.0 phr聚磷酸銨，2.0～4.0 phr三聚氰胺甲醛，2.0～3.0 phr高嶺土，4.0～8.0 phr Sb2O3，1.0～2.0 phr二甲基硅油，4.0～8.0 phr石墨烯，1.0～5.0 phr丙烯腈，1.0～2.0 phr納米銀，0.5～1.0 phr硅灰石，0.1～0.5 phr抗氧劑702，適量的乙醇、蒸餾水和乙酸。制備的含介孔分子篩和石墨烯改性抗菌阻燃型汽車吸塑材料的垂直燃燒性能達(dá)UL 94 V-0級，LOI為32%，600 ℃殘?zhí)柯蕿?8%（w），拉伸強(qiáng)度達(dá)43 MPa，缺口沖擊強(qiáng)度為256 kJ/m2，斷裂伸長率為40%。

惠州市良化新材料有限公司［19］發(fā)明的一種汽車內(nèi)飾件用抗菌ABS復(fù)合材料的原料組成為：ABS 80.0～120.0 phr，納米二氧化鈦0.1～2.0 phr，納米氧化銀0.1～2.0 phr，分散劑0.1～2.0 phr。將棕櫚油和聚乙二醇加入反應(yīng)釜中，以氧化鎂為催化劑，在200～250 ℃條件下反應(yīng)3～5 h，反應(yīng)結(jié)束后，即得分散劑。該汽車內(nèi)飾件的抗菌成分在ABS復(fù)合材料中分布均勻，對大腸桿菌及金黃色葡萄球菌的抑菌率為100%。

瑞安市智造科技有限公司［20］公開了一種汽車儀表插座及其制備方法，抗菌高阻燃ABS復(fù)合材料的原料組成為：ABS 60～80 phr，PC 40～60 phr，三元乙丙橡膠5～10 phr，抗氧化劑6～10 phr，納米銀5～8 phr，復(fù)合阻燃劑8～12 phr，其中，復(fù)合阻燃劑為原位聚合制備的聚磷酸銨-硅藻土/磁性有序介孔鐵酸鎳。將抗菌高阻燃ABS復(fù)合材料顆粒加入到注塑機(jī)經(jīng)成型、脫模獲得汽車用儀表插座。厚度為1.6 mm ABS復(fù)合材料的阻燃等級為UL 94 V-0級，對金色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率不低于99.6%，可用注塑工藝加工各種形狀的零件，用于制成汽車用車內(nèi)和車外殼、方向盤及把手和按鈕等部件，抗菌和阻燃性能優(yōu)良，市場前景廣闊。

3 抗菌/抗靜電ABS復(fù)合材料

安徽冠泓塑業(yè)有限公司［21］公開了一種汽車內(nèi)飾用抗菌抗靜電改性ABS復(fù)合材料?？咕鷦┯摄y氨溶液與具有優(yōu)異吸附性能的改性膨潤土制得，銀離子進(jìn)入具有較大比表面積和孔體積的改性膨潤土中，吸附于膨潤土層間和微孔中，膨潤土片層間的夾持力將銀離子牢牢固定，保障了體系的穩(wěn)定性，解決了銀離子作為殺菌劑與載體間的作用力較弱、體系不穩(wěn)定的問題，當(dāng)抗靜電劑與ABS基材混合后，抗靜電劑分散在基材中，石墨和碳粉搭配形成導(dǎo)電通路，進(jìn)而賦予ABS基材良好的抗靜電性能。制備的ABS的表面電阻率為（5.0～5.8）×105Ω，對大腸桿菌的抑菌率為98.9%～99.2%，對金黃色葡萄球菌的抑菌率為96.9%～97.6%。

荊門市諾維英新材料科技有限公司［22］公開的汽車頂棚用耐熱性、抗靜電復(fù)合材料的原料組成為：改性聚丙烯（PP）30.0～45.0 phr，ABS 15.0～25.0 phr，微硅粉5.0～15.0 phr，功能化石墨烯粉8.0～12.0 phr，納米碳溶膠1.0～3.0 phr，納米二氧化鈦2.0～3.0 phr，滑石粉1.0～2.0 phr，硅酸鋯2.0～3.0 phr，硬脂酸鋅0 .5～1.0 phr，椰殼纖維3.0～8.0 phr，增韌劑（甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物或乙烯-丙烯酸丁酯共聚物）1.0～2.0 phr，相容劑（甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、丙烯酸-馬來酸酐-苯乙烯三元共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯三元無規(guī)共聚物中的至少一種）1.0～3.0 phr，抗氧劑（抗氧劑1010、抗氧劑DLTP、抗氧劑B215中的至少一種）0.5～1.0 phr，氮系或磷系阻燃劑1.0～2.0 phr；雙螺桿擠出機(jī)料筒溫度為185～210 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為450～500 r/min，主機(jī)轉(zhuǎn)速為18～20 Hz，真空度為0.01～0.02 MPa。該發(fā)明利用功能化石墨烯、納米碳溶膠、納米二氧化鈦、滑石粉、硅酸鋯、硬脂酸鋅之間的協(xié)同作用，使制備的復(fù)合材料具有良好的耐高溫性和抗靜電性，不僅減少了車內(nèi)靜電的產(chǎn)生，而且也減少了灰塵的沉積，提高了乘坐的舒適性和安全性。

蘇州旭光聚合物有限公司［23］公開的一種汽車用改性ABS復(fù)合材料，其原料組成為：ABS 50.00～70.00 phr，改性UV固化樹脂30.00～50.00 phr，聚對苯二甲酸丁二酯（PBT）復(fù)合材料10.00～30.00 phr，抗靜電劑1.00～3.00 phr，相容劑（環(huán)氧型相容劑、噁唑啉型相容劑、酰亞胺型相容劑中的一種或幾種）2.00～6.00 phr，蒙脫土5.00～10.00 phr，其他助劑（包括改性劑、增韌劑、光穩(wěn)定劑和熱穩(wěn)定劑）0.05～2.00 phr。該改性ABS復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度不低于58 MPa，沖擊強(qiáng)度不低于285 J/m，阻燃等級為UL 94 V-0級，是絕佳的汽車用阻燃材料；可以使汽車零件及運(yùn)行系統(tǒng)在高溫、低溫下不受影響；優(yōu)秀的防老化性能可以延長材料的使用壽命，節(jié)約成本；優(yōu)異的阻燃性能與抗靜電性能可以避免汽車燃燒、靜電破壞汽車運(yùn)行系統(tǒng)等故障，保障人員的生命財產(chǎn)安全。

4 抗噪音ABS復(fù)合材料

浙江普利特新材料有限公司［24］公開的一種汽車用輕質(zhì)、低噪音ABS復(fù)合材料，原料組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：40.0%～85.0% ABS，5.0%～30.0%含氟樹脂，5.0%～10.0%苯乙烯-馬來酸酐共聚物，1.0%～25.0%空心玻璃微珠，0.3%～5.0%氨基硅烷偶聯(lián)劑，0.2%～1.0%抗氧劑（抗氧劑1010、抗氧劑1076、抗氧劑1010與抗氧劑619F復(fù)配物、抗氧劑1076與抗氧劑619F復(fù)配物中的一種）。將原料在雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出，ABS復(fù)合材料的密度下降，缺口沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲模量等均提高。浙江普利特新材料有限公司［25］還公開了耐磨、輕質(zhì)、低噪音汽車內(nèi)飾用ABS復(fù)合材料，原料組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：40.0%～85.0% ABS，10.0%～30.0%聚酰胺（PA），5.0%～10.0%苯乙烯-馬來酸酐共聚物，1.0%～25.0%空心玻璃微珠，0.3%～5.0%氨基硅烷偶聯(lián)劑，0.2%～1.0%抗氧劑（抗氧劑1010、抗氧劑1076、抗氧劑1010與抗氧劑619F復(fù)配物、抗氧劑1076與抗氧劑619F復(fù)配物中的一種）。2個發(fā)明的優(yōu)點是：（1）在ABS中引入含氟樹脂，降低了ABS復(fù)合材料的表面能；（2）在ABS中引入具有自潤滑功能PA，使ABS復(fù)合材料具有耐磨和自潤滑的效果；（3）引入空心玻璃微珠，提高了ABS的強(qiáng)度，降低了ABS的密度（≤1.044 g/cm3），達(dá)到輕量化目的；（4）在具有降低材料表面能的含氟樹脂或具有自潤滑功能的PA和空心玻璃微珠的特殊結(jié)構(gòu)共同作用下，使ABS復(fù)合材料具有降噪性能，噪音危險值不超過4。

上海錦湖日麗塑料有限公司［26］發(fā)明的汽車內(nèi)飾用隔音減震耐熱ABS復(fù)合材料，原料組成為：ABS 100.0 phr，耐熱劑（N-苯基馬來酰亞胺-苯乙烯-馬來酸酐共聚物或α-甲基苯乙烯-丙烯腈共聚物）5.0～30.0 phr，隔音減震聚合物［聚苯乙烯硬段和乙烯支化聚二烯軟段的交聯(lián)聚合物，苯乙烯含量在12%～20%（w）］5.0～20.0 phr，空心玻璃微珠1.0～5.0 phr，光穩(wěn)定劑（水楊酸酯、二苯甲酮、三嗪類、苯并三唑類的UV吸收劑以及受阻胺類自由基捕捉劑中的一種或多種混合物）0.3～1.0 phr，助劑（受阻酚類抗氧劑、亞磷酸酯類抗氧劑、乙撐雙硬脂酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸鎂、硬脂酸鈣中的一種或多種混合物）0.5～2.0 phr。將原料充分混合后，送入雙螺桿擠出機(jī)中，在螺桿的輸送、剪切和混煉下，物料熔化、復(fù)合，再經(jīng)擠出、拉條、冷卻、切粒，得到抗噪音耐熱ABS復(fù)合材料的耐熱溫度升高3～13 ℃，不同溫度時的損耗正切值均顯著提高，對噪音起到吸收和緩沖的作用。該發(fā)明的方法簡單易行，制備的復(fù)合材料不僅具有優(yōu)異的抗噪音效果，同時力學(xué)性能良好，非常適合應(yīng)用于汽車內(nèi)飾領(lǐng)域［27］。

5 高強(qiáng)度ABS復(fù)合材料

句容峰嶺科技有限公司［28］公開了一種以天然纖維為增強(qiáng)體的汽車內(nèi)飾材料，原料組成為：40.0～50.0 phr PP，10.0～15.0 phr ABS，5.0～15.0 phr天然纖維增強(qiáng)體，1.0～5.0 phr輕質(zhì)碳酸鈣，1.0～5.0 phr增韌劑（乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯-辛烯三元共聚物中的一種），1.0～3.0 phr抗氧劑，0.5～1.0 phr潤滑劑，0.5～5.0 phr聚丙烯與馬來酸酐接枝物；天然纖維增強(qiáng)體是將干燥后的1～3 g麻纖維置于10 mL前處理液中浸泡，再用0.1%～0.5%（w）硅烷偶聯(lián)劑表面改性而得。所得復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量分別為34.1 MPa，1.23 GPa，46.2 MPa，2.31 GPa，吸水率為2.32%。該材料不僅在力學(xué)性能上滿足汽車內(nèi)飾件的設(shè)計要求，而且是一種環(huán)境友好的材料。

南充旭陽塑料制造有限公司［29］公開了一種玄武巖纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)復(fù)合材料，其原料組成為：玄武巖纖維網(wǎng)格布500～1 500 g/m2，PC 20～80 phr，ABS 80～20 phr，質(zhì)量比為2∶3的抗氧劑1010與抗氧劑168復(fù)合抗氧劑0～1 phr，潤滑劑0～2 phr，礦物油0～200 mL，硅烷或鈦酸酯或鋁酸酯偶聯(lián)劑0～5 phr。制備的ABS/PC基材厚度為0.5～5.0 mm，表面淋膜厚度為0.3～1.0 mm。該復(fù)合材料具有以下優(yōu)點：（1）玄武巖纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)復(fù)合材料綜合性能好，與玄武巖纖維單向絲復(fù)合材料相比，該復(fù)合材料的縱、橫向強(qiáng)度基本相同。（2）復(fù)合材料制備過程中，將熱塑性熔體充分浸漬、包裹玄武纖維絲束，經(jīng)雙輥碾壓成型為復(fù)合材料；其中，玄武巖纖維要通過偶聯(lián)劑使其由親水性變成親油性，從而實現(xiàn)與油性樹脂的緊密結(jié)合。（3）用玄武巖纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)ABS/PC時，ABS/PC熔體從網(wǎng)格的四面浸漬及包裹玄武纖維絲束，經(jīng)碾壓使熔體完全填入方格的孔眼中，將玄武巖纖維絲束四周緊密包裹黏合在一起經(jīng)碾壓形成牢固的復(fù)合板材。因此，該材料可替代鋼材、鋁材用于汽車、新能源車的內(nèi)裝飾及部分車身骨架和車輛的外殼來實現(xiàn)減輕車輛自重。

蕪湖德鑫汽車部件有限公司［30］發(fā)明了一種用于汽車內(nèi)飾的高強(qiáng)度ABS/PC合金，原料組成：20.0～45.0 phr PC，60.0～90.0 phr ABS，3.0～15.0 phr增強(qiáng)纖維，5.0～21.0 phr甲基丙烯酸甲酯，3.0～15.0 phr海泡石粉末，10.0～30.0 phr馬來酸酐，1.0～3.0 phr硅烷偶聯(lián)劑KH590，0.5～3.0 phr丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，0.1～0.5 phr抗氧劑1010，5.0～8.0 phr微球發(fā)泡劑，2.0～6.0 phr二元醇擴(kuò)鏈劑。該ABS/PC合金的缺口沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量明顯提高，密度下降。該公司［31］公開的ABS/PC合金的制備方法包括以下步驟：（1）將增強(qiáng)纖維、甲基丙烯酸甲酯和擴(kuò)鏈劑于水中在微波作用下反應(yīng)，得到改性增強(qiáng)纖維；（2）將海泡石粉末、馬來酸酐與硅烷偶聯(lián)劑在水中回流反應(yīng)，得到改性海泡石粉末；（3）將ABS，PC，改性增強(qiáng)纖維，改性海泡石粉末和抗氧化劑投入雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出，造粒，得到復(fù)合母粒；（4）將復(fù)合母粒與微球發(fā)泡劑混合均勻后加入注塑機(jī)料斗，進(jìn)行二次開模注塑，得到用于汽車內(nèi)飾的高強(qiáng)度ABS/PC合金。將該ABS/PC合金用于制備汽車內(nèi)飾件，質(zhì)量可靠，安全性好，能夠滿足汽車輕量化的要求。

南京南汽沖壓件有限公司［32］提供一種高強(qiáng)度抗沖擊的汽車前圍板材，包括ABS樹脂層，ABS樹脂層的正面設(shè)有無紡布層，無紡布層的正面設(shè)有膨脹緩沖層，膨脹緩沖層的正面設(shè)有耐磨層，耐磨層的正面設(shè)有防水防油層，ABS樹脂層的反面設(shè)有阻燃層，阻燃層的反面設(shè)有隔音層，隔音層為乙烯-乙酸乙烯共聚物層，隔音層的反面設(shè)有抗靜電層。該高強(qiáng)度抗沖擊的汽車前圍板材，具有高的抗沖擊性和優(yōu)異的隔音性能，性價比高。

6 結(jié)語

ABS復(fù)合材料在汽車制造中具有加工方便、綜合性能好、成本低等優(yōu)點，成為汽車輕量化材料發(fā)展的重要方向。ABS材料的應(yīng)用趨勢是合金化、復(fù)合化，以及不斷提高專用材料的開發(fā)。