فرآیند آبکاری ABS، PP، PA، PC و سایر پلاستیک‌های رایج خودرو

طبق آمار انجمن تولیدکنندگان خودرو چین، تولید و فروش خودرو در کشور من در سال 2022 به ترتیب به 27.021 میلیون دستگاه و 26.864 میلیون دستگاه خواهد رسید (رتبه اول در جهان برای 14 سال متوالی)، که نسبت به سال گذشته 3.4٪ و 2.1٪ افزایش نشان می‌دهد. صنعت خودرو همچنان در حال رشد و توسعه است و سهم برجسته‌ای در ارتقای رشد اقتصادی دارد، اما همچنین مشکلات انرژی و زیست‌محیطی را به طور فزاینده‌ای تشدید می‌کند. تحقیقات نشان می‌دهد که سبک‌سازی خودرو می‌تواند به طور مؤثر مصرف سوخت و انتشار گازهای گلخانه‌ای خودرو را کاهش دهد. به ازای هر 10٪ کاهش وزن خودرو، مصرف سوخت می‌تواند 6٪ تا 8٪ و انتشار CO2 می‌تواند 5٪ تا 6٪ کاهش یابد.

فناوری سبک‌سازی خودرو را می‌توان به سه جنبه تقسیم کرد: طراحی ساختاری بهینه، کاربرد مواد سبک و فناوری پیشرفته تولید. در میان آنها، استفاده از مواد سبک، مستقیم‌ترین راه برای دستیابی به کاهش وزن خودرو است. پلاستیک‌ها خواص خوبی مانند وزن سبک، هزینه کم و قالب‌گیری آسان دارند. به طور خاص، استفاده از فناوری آبکاری به پلاستیک‌ها ظاهری فلزی و درخشندگی می‌دهد که به طور موثری خواص تزئینی، ضد خوردگی، مقاومت مکانیکی و سایر خواص پلاستیک را بهبود می‌بخشد و پلاستیک‌ها را به انتخابی محبوب برای خودروها تبدیل می‌کند. مواد غیرفلزی بیشترین کاربرد را در فرآیند سبک‌سازی دارند و روندی به نام "جایگزینی فولاد با پلاستیک" وجود دارد.

این مقاله وضعیت کلی پلاستیک‌های خودرو را معرفی می‌کند و کاربردهای چندین پلاستیک مانند ... را خلاصه می‌کند. سیستم ترمز ضد قفل (ABS)، PP، PA و PC که به طور گسترده در خودروها استفاده می‌شوند، و فرآیندهای آبکاری آنها را توضیح می‌دهد. برای تحقیقات بیشتر، مرجع ارائه دهید.

۱. مروری بر کاربرد پلاستیک‌ها در خودروها

پلاستیک یک ماده پلیمری است که عمدتاً از رزین مصنوعی آلی تشکیل شده است و می‌تواند تحت شرایط گرما و فشار قالب‌گیری شود. به دلیل خواص عالی آن مانند وزن سبک، هزینه کم، پردازش آسان و عملیات سطحی مختلف، به طور گسترده در قطعات داخلی خودرو، قطعات خارجی، قطعات سازه‌ای و قطعات کاربردی استفاده می‌شود. با توسعه مداوم فناوری سبک وزن خودرو، استفاده از پلاستیک در خودروها به شدت افزایش یافته است.

در میان پلاستیک‌های خودرو، پلاستیک‌های عمومی نسبتاً ارزان هستند و بیش از ۵۰٪ را تشکیل می‌دهند، و پس از آن پلاستیک‌های مهندسی قرار دارند که حدود ۱۵٪ را تشکیل می‌دهند. پلاستیک‌های تخصصی گران‌تر هستند و کاربرد آنها نسبتاً کم است. طبق آمار تحقیقات، انواع پلاستیک خودرو که در خط مقدم هستند و برای آبکاری مناسب هستند شامل ABS، PP، PA، PC و غیره می‌شوند.

۲. کاربرد ABS در خودرو و آبکاری آن

۱. کاربرد ABS در خودروها

ABS یک پلاستیک مهندسی ترموپلاستیک با طیف وسیعی از کاربردها است. از آنجا که پلاستیک ABS دارای معایبی مانند مقاومت کم در برابر آب و هوا، تغییر رنگ و اشتعال پذیری است، اغلب هنگام استفاده در خودرو با سایر پلیمرها مخلوط می‌شود تا محصولات اصلاح شده فراوان‌تری مانند آلیاژهای پلاستیکی ABS/PC، ABS/PA، ABS/PVC و غیره تهیه شود. سیستم ترمز ضد قفل (ABS) خط اکستروژن ورق

آلیاژ ABS/PC می‌تواند مقاومت حرارتی و استحکام کششی ABS را بهبود بخشد، ویسکوزیته مذاب PC را کاهش دهد، عملکرد پردازش را بهبود بخشد و حساسیت تنش داخلی محصول و مقاومت ضربه به ضخامت محصول را کاهش دهد. این ماده عمدتاً برای تزئینات داخلی و خارجی خودرو، چراغ‌های خودرو و سایر قطعات با استحکام و مقاومت حرارتی بالا استفاده می‌شود.

آلیاژ ABS/PA مقاومت در برابر تاب برداشتن، سیالیت خوب و خواص مات منحصر به فردی دارد و می‌تواند در قطعاتی مانند سپرها، پنل‌های ابزار و پنل‌های تزئینی ستون مورد استفاده قرار گیرد.

آلیاژ ABS/PVC نه تنها در برابر حرارت و ضربه مقاوم است، بلکه دارای خواص ضد شعله، خودخاموشی و مقاومت شیمیایی نیز می‌باشد. این آلیاژ عمدتاً در داشبورد خودرو، پوسته پنل ابزار و سایر قطعاتی که نیاز به ضد شعله بودن دارند، استفاده می‌شود.

۲. فرآیند آبکاری ABS

پلاستیک ABS درجه آبکاری نیاز به پیوند خوب بین پوشش فلزی و زیرلایه دارد و میزان بوتادین باید بین ۱۸ تا ۲۳ درصد کنترل شود. فرآیند آبکاری پلاستیک ABS شامل سه مرحله است: پیش تصفیه، آبکاری شیمیایی و آبکاری. جریان اصلی فرآیند کلی شامل تنش‌زدایی → حذف روغن → زبرکاری → کاهش کروم شش ظرفیتی → فعال‌سازی قلع پالادیوم → حذف هیدروکسید قلع → آبکاری نیکل (یا مس) بدون برق → پیش آبکاری → آبکاری است که در این میان، عملیات سطحی قبل از آبکاری مهمترین مرحله است. پیش تصفیه سطحی، ساده‌سازی فرآیند، جایگزینی محلول آبکاری سازگار با محیط زیست و غیره همیشه از موضوعات داغ در تحقیقات بوده‌اند.

۳. کاربرد PP در خودرو و آبکاری آن

۱. کاربرد PP در خودروها

پلی‌پروپیلن (PP) یک پلاستیک سبک وزن ترموپلاستیک بی‌بو، غیرسمی، بی‌رنگ و شفاف است که برای مصارف عمومی کاربرد دارد و دارای مقاومت شیمیایی، مقاومت حرارتی، عایق الکتریکی و خواص مکانیکی با استحکام بالا می‌باشد. افزودن عوامل تقویت‌کننده، عوامل سفت‌کننده و غیره به مواد اولیه می‌تواند اجزای پلیمری و ساختار ماکرومولکولی یا پیکربندی کریستالی پلی‌پروپیلن را تغییر دهد تا عملکرد کلی آن بهبود یابد.

اگر نسبت مشخصی از الیاف شیشه به PP اضافه شود، می‌توان PP تقویت‌شده با الیاف شیشه با استحکام و مقاومت حرارتی بالاتر به دست آورد که اغلب در قطعات سازه‌ای خودرو و قطعاتی با دمای کارکرد بالا مانند: لوله ورودی محفظه موتور، محفظه فیلتر هوا، فن رادیاتور و غیره استفاده می‌شود. افزودن مقدار مناسبی پودر تالک و کربنات کلسیم به PP همچنین می‌تواند سختی و مقاومت حرارتی PP را بهبود بخشد. این PP اصلاح‌شده اغلب در قاب سپر خودرو، پنل ابزار، بادگیر، ستون‌ها و غیره استفاده می‌شود. افزودن POE یا عوامل سفت‌کننده مانند لاستیک اتیلن پروپیلن دین (EPDM) می‌تواند در برخی از قطعات سازه‌ای با نیاز به چقرمگی بالا در خودروهای لوکس استفاده شود.

۲. فرآیند آبکاری الکتریکی PP

از منظر فرآیند آبکاری، PP را می‌توان به نوع معمولی، نوع آبکاری و نوع رسانا تقسیم کرد.

آبکاری الکتریکی معمولی PP دقت ابعادی ضعیفی دارد و زبر کردن آن دردسرساز است. قبل از اچینگ و زبر کردن، باید با یک حلال آلی متورم شود. حلال آلی رایج مورد استفاده زایلن است. پس از زبر کردن، می‌توان آن را طبق فرآیندها و رویه‌های حساس‌سازی، فعال‌سازی و سایر پلاستیک ABS پردازش کرد.

PP گرید آبکاری الکتریکی با افزودن نسبت مشخصی از پرکننده‌ها مانند ZnO و TiO2 به پلاستیک پلی‌پروپیلن ساخته می‌شود. این پرکننده‌ها می‌توانند در طول فرآیند اچینگ شیمیایی و زبرسازی حل شوند تا سطحی ناهموار تشکیل دهند و استحکام اتصال پوشش را بهبود بخشند. برای PP آبکاری الکتریکی، می‌توان آن را طبق فرآیند آبکاری الکتریکی پلاستیک ABS نیز انجام داد، با این تفاوت که دمای محلول باید در طول اچینگ شیمیایی به 70 تا 80 درجه سانتیگراد افزایش یابد.

پلی‌پروپیلن رسانا با افزودن پودر گرافیت با کسر جرمی حدود 30٪ به پلی‌پروپیلن به دست می‌آید. این ماده رسانایی الکتریکی خوبی دارد و می‌تواند طبق فرآیند قطعات فلزی آبکاری شود. توسعه پلی‌پروپیلن درجه آبکاری الکتریکی و بهبود فرآیندهای زبرسازی، همواره از موضوعات داغ در تحقیقات فرآیند آبکاری الکتریکی پلی‌پروپیلن بوده است.

۴. کاربرد خودرو PA و آبکاری الکتریکی آن

۱. کاربرد PA در خودروها

پلاستیک PA دارای خواص مکانیکی خوب، مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر سایش، مقاومت شیمیایی و خود روانکاری، ضریب اصطکاک کم، خاصیت بازدارندگی شعله، پردازش آسان است و برای پر کردن با الیاف شیشه و سایر پرکننده‌ها و بهبود اصلاحات مناسب است.

PA تقویت‌شده با الیاف شیشه می‌تواند برای قطعات پلاستیکی و قطعات موتور در محفظه موتور استفاده شود؛ آلیاژ PA/ABS با مقاومت حرارتی بالا، در آینه‌های دید عقب خودرو، درب باک سوخت، گلگیرها و غیره استفاده می‌شود؛ آلیاژ PA/PPE دارای مقاومت حرارتی، استحکام، بازدارندگی شعله، رسانایی و سایر خواص عالی است و می‌تواند در جعبه‌های برق مرکزی خودرو، گلگیرها، بافل‌های بزرگ، پنل‌های محافظ و غیره استفاده شود.

۲. فرآیند آبکاری الکتریکی PA

تنش قطعات کار معمولی PA باید قبل از آبکاری بررسی شود. روش کار این است که قطعه کار را در n-هپتان غوطه‌ور کنید. اگر ترک‌ها در عرض 5 تا 15 ثانیه ظاهر شوند، تنش باید برداشته شود. قطعات کار تحت تنش را می‌توان در آب سرد قرار داد و تا جوش حرارت داد. آن را به مدت 3 ساعت نگه دارید و سپس به آرامی با آب خنک کنید تا تنش داخلی از بین برود. فرآیند پیش تصفیه قبل از آبکاری PA تقریباً مشابه پلاستیک ABS است، به جز فرآیند زبر کردن. توسعه مواد آبکاری، حفاظت از محیط زیست و بهبود فرآیند هنوز از موضوعات داغ در تحقیقات هستند.

۵. کاربرد خودرو با PC و آبکاری آن

۱. کاربرد PC در خودروها

PC یک پلیمر با وزن مولکولی بالا است که حاوی گروه‌های کربناتی در زنجیره مولکولی است. این پلیمر دارای ویژگی‌های مقاومت ضربه بالا، مقاومت در برابر خستگی خوب، پایداری ابعادی خوب، شفافیت و رنگ‌پذیری آزاد خوب است. با این حال، به دلیل مقاومت در برابر خراش و سایش ضعیف، اغلب به شکل آلیاژهای پلاستیکی برای تزئینات داخلی و خارجی خودروها استفاده می‌شود. به عنوان مثال، آلیاژهای PC/PET و PC/PBT مقاومت حرارتی و مقاومت ضربه‌ای بالای PC و مقاومت سایشی و خواص پردازشی پلی‌استر را دارند. آنها برای ساخت اجزای بدنه خودرو، محافظ‌های جانبی، قاب‌های درب خودرو و خواص ضربه در دمای پایین مناسب هستند. سپر بالا.

2. فرآیند آبکاری الکتریکی با کامپیوتر

فرآیند پیش تصفیه PC شامل بازرسی تنش داخلی، تنش‌زدایی، عملیات تورم، اچینگ شیمیایی و زبر کردن است. بازرسی تنش شامل غوطه‌ور کردن قطعه کار در محلول آبی با کسر جرمی 70٪ استون و قرار دادن آن در دمای اتاق به مدت 1 دقیقه برای مشاهده ترک‌ها است. روش تنش‌زدایی شامل افزایش آهسته دما تا 110 تا 130 درجه سانتیگراد در فر، گرم نگه داشتن آن به مدت 2 تا 6 ساعت و سپس خنک کردن آهسته است. تورم شامل غوطه‌ور کردن قطعه کار در حلال‌هایی مانند متانول، اتانول، فنل و اتر تا زمانی که سطح کمی سفید شود، می‌باشد. زبر کردن با اچینگ شیمیایی می‌تواند از محلول زبر کردن شیمیایی ABS با اسید سولفوریک بالا استفاده کند، اما دما باید بالاتر باشد. همچنین می‌توان آن را در مایعات زبر کننده مانند هیدروکسید سدیم، نیترات سدیم و نیتریت سدیم انجام داد. تهیه مواد آلیاژی و بهبود فرآیندهای پیش تصفیه سطح، موضوعات داغ در تحقیقات آبکاری الکتریکی PC هستند.

۶. سایر پلاستیک‌ها برای استفاده در خودرو و آبکاری آنها

علاوه بر چهار پلاستیک پرکاربرد خودرو که در بالا ذکر شد، PE، PET، POM، PPO، PVC و غیره نیز به طور گسترده در صنعت خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرند. PE عایق‌بندی و پایداری شیمیایی خوبی دارد و به راحتی پردازش می‌شود. اغلب در پنل‌های داخلی خودرو، جعبه‌های چمدان، مخازن سوخت، غلاف‌ها، گلگیرها و غیره استفاده می‌شود.

PET مقاومت خوبی در برابر خزش، خستگی، اصطکاک و پایداری ابعادی دارد. PET اصلاح‌شده اغلب در قاب آینه‌های دنده عقب خودرو، بلندگوهای صوتی، قاب سانروف، سقف و غیره استفاده می‌شود؛ POM استحکام بالاتری نسبت به پلاستیک ABS دارد و به عنوان "فولاد فوق العاده" یا "فولاد مسابقه‌ای" شناخته می‌شود. این ماده خواص مکانیکی، عایق‌بندی، مقاومت در برابر حلال و فرآیندپذیری خوبی دارد. POM اصلاح‌شده را می‌توان در شیرهای برقی خودرو و اتصالات جهانی، یاتاقان‌ها، دستگیره‌ها، بالابرهای پنجره و غیره استفاده کرد.

PPO غیرسمی، شفاف، دارای چگالی نسبی پایین و دارای استحکام مکانیکی عالی، مقاومت خزشی، مقاومت حرارتی و پایداری ابعادی است. آلیاژهای PPO/PS، PPO/PA، PPO/PBT و سایر آلیاژها اغلب در پوشش توپی چرخ خودرو، چراغ‌های خودرو، جعبه فیوز، بافل بزرگ، پد ضربه گیر و غیره استفاده می‌شوند. PVC دارای خواص الکتریکی خوب، مقاومت اسیدی و قلیایی و پایداری شیمیایی خوبی است. می‌توان از آن در سیستم‌های ضد برخورد خودرو، پارچه‌های پنل داخلی درب، سطوح و درزگیرهای پنل ابزار و غیره استفاده کرد.

تفاوت اصلی در فرآیند آبکاری پلاستیک‌های فوق، فرآیند پیش تصفیه و زبرسازی است. تا زمانی که فرآیند زبرسازی برای تشکیل بهترین سطح زبر مناسب باشد، می‌توان حساس‌سازی، فعال‌سازی، آبکاری بدون الکترولیز و آبکاری الکتریکی را به طور روان روی سطح انجام داد. در اینجا تکرار نخواهد شد.

پلاستیک‌های تقویت‌شده با الیاف، مواد کامپوزیتی هستند که با افزودن مواد فیبری و پارچه‌ها به پلاستیک یا رزین ساخته می‌شوند. آن‌ها به یک جهت توسعه مهم برای مواد سبک خودرو تبدیل شده‌اند. پلاستیک تقویت‌شده با الیاف شیشه (GFRP)، که به عنوان فایبرگلاس نیز شناخته می‌شود، دارای مزایای استحکام ویژه بالا، مقاومت در برابر خوردگی، خواص عایق الکتریکی خوب و رنگ‌آمیزی آسان است. این ماده اغلب در قطعات ساختاری بدنه خودرو، گلگیرها، سقف‌ها، سپرها و غیره استفاده می‌شود.

پلاستیک تقویت‌شده با الیاف کربن دارای ویژگی‌های استحکام بالا، الاستیسیته خوب، مقاومت در برابر خستگی و مقاومت در برابر سایش است و بیشتر در بدنه، شاسی، چرخ‌ها و غیره خودروهای لوکس استفاده می‌شود. پلاستیک‌های الیاف طبیعی از الیاف گیاهی طبیعی مانند جوت و سیزال به عنوان مواد تقویت‌کننده استفاده می‌کنند. آنها نه تنها عملکرد عالی دارند، بلکه سازگار با محیط زیست نیز هستند. می‌توان از آنها در پنل‌های داخلی درب، روکش سقف، پشتی صندلی، پنل ابزار و غیره استفاده کرد. پلاستیک‌های تقویت‌شده با الیاف بر پایه پلاستیک و رزین ساخته می‌شوند. تمرکز تحقیقات روی فرآیند آبکاری آن هنوز بر تهیه مواد درجه آبکاری و بهبود فرآیند آبکاری است.

7. نتیجه گیری و چشم انداز

با توسعه مداوم فناوری سبک‌سازی خودرو، پلاستیک به پرکاربردترین ماده غیرفلزی سبک تبدیل شده است. کاربرد گسترده فناوری آبکاری الکتریکی نه تنها به قطعات پلاستیکی ظاهر و بافت فلزی می‌دهد و زیبایی‌شناسی و راحتی قطعات خودرو را بهبود می‌بخشد، بلکه خواص مکانیکی و پایداری شیمیایی قطعات پلاستیکی را نیز بهبود می‌بخشد و استفاده از پلاستیک‌ها را در کاربردهای خودرو غنی‌تر می‌کند.

آبکاری الکتریکی پلاستیک برای خودروها، جایگزینی مواد فلزی را ترویج می‌دهد و روند سبک‌سازی خودرو را تسریع می‌کند. پلاستیک‌های اصلاح‌شده مخلوط و پلاستیک‌های تقویت‌شده با الیاف به دلیل خواص عالی خود به طور فزاینده‌ای در خودروها مورد استفاده قرار می‌گیرند. تهیه مواد درجه آبکاری الکتریکی و بهبود فرآیندهای آبکاری الکتریکی، کلید توسعه فناوری متالیزاسیون سطح پلاستیک خواهد بود.