车用塑料的发展重点是电镀级材料的制备与工艺

车用塑料的发展重点是电镀级材料的制备与工艺

摘要：随着轻量化技术的不断发展，塑料已成为汽车中应用最广泛的轻质非金属材料。 电镀作为典型的塑料表面金属化工艺，不仅赋予塑料表面金属光泽和质感，而且提高了塑料件的整体性能，有效推动了金属材料的替代和汽车轻量化的进程。 文章介绍了汽车塑料的概况，总结了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚丙烯（PP）、尼龙/聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）等塑料在汽车上的用途。 介绍了其应用及其电镀工艺。 结果表明，汽车塑料的发展重点是共混改性塑料和纤维增强塑料。 关键是电镀级材料的制备和工艺改进。

关键词：汽车轻量化； 汽车塑料； 电镀工艺； 汽车轻量化

据中国汽车工业协会统计，2022年我国汽车产销量分别完成2702.1万辆和2686.4万辆（连续14年位居全球第一），同比增长3.4 %和2.1%。 汽车产业不断发展壮大，为推动经济增长、促进社会就业、改善民生福祉做出了突出贡献。 然而，这也使得能源和环境问题日益严峻。 面对全球能源短缺和环境污染，我国提出了2030年“碳达峰”和2060年“碳中和”的目标。研究表明，汽车轻量化可以有效降低油耗和汽车排放。 车重每减轻10%，燃油消耗可减少6%～8%，二氧化碳排放量可减少5%～6%[1-2]。

汽车轻量化是在保证车辆强度、刚度、安全性能和行驶性能的同时，尽可能减少车辆的维护质量，从而提高车辆的动力性，降低油耗，减少排放污染。 汽车轻量化技术可分为优化结构设计、轻量化材料应用和先进制造技术三个方面。 其中，轻量化材料的应用是实现汽车减重最直接的途径[3]。 塑料具有重量轻、成本低、易于成型等良好性能。 特别是电镀技术的应用赋予塑料金属般的外观和光泽，有效提高了塑料的装饰性、防腐性、机械强度等性能，使塑料成为汽车的热门选择。 轻量化工艺中应用最多的是非金属材料，并有“以塑代钢”的趋势。

本文介绍了汽车塑料的概况，总结了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）等塑料在汽车上的大量应用及其电镀对工艺进行了阐述，旨在为汽车塑料及电镀工艺的进一步研究提供参考。

1 塑料在汽车上的应用概述

塑料是以有机合成树脂为主要成分的高分子材料，在加热、加压条件下可成型。 由于其具有重量轻、成本低、易加工、表面处理多样等优异性能，广泛应用于汽车内饰件、外饰件、结构件、功能件等领域。 随着汽车轻量化技术的不断发展，塑料在汽车上的使用量急剧增加。 2012年至2018年，汽车塑料消费量从710万吨增长到1130万吨。 全球汽车塑料市场价值已超过460亿美元，汽车塑料市场年复合增长率超过10%[4]。 与此同时，自行车的塑料用量也呈现快速增长趋势，目前已超过150公斤，占车辆总质量的12%~15%[5]。 汽车塑料中，通用塑料价格相对较低，使用比例超过50%，其次是工程塑料，约占15%。 特种塑料价格较高，用量相对较少。 据研究统计，目前处于前沿且适合电镀的汽车塑料品种有ABS、PP、PA、PC等[6-7]。

2 ABS汽车用途及其电镀

2.1 ABS在汽车上的应用

ABS塑料是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物。 它是一种用途广泛的热塑性工程塑料。 它综合了三种组分的性能，调整ABS三种组分的比例，其性能也随之变化。 由于ABS塑料具有耐候性差、变色、易燃等缺陷，所以在汽车上使用时常与其他聚合物混合，制备更丰富的改性产品，如：ABS/PC、ABS/PA、ABS/聚合物氯乙烯（PVC）塑料合金等。ABS/PC合金可以提高ABS的耐热性和拉伸强度，降低PC熔体粘度，改善加工性能，降低制品内应力和冲击强度对制品厚度的敏感性。 主要用于汽车内外装饰。 、汽车车灯等高强度、高耐热部件； ABS/PA合金具有抗翘曲性、流动性好、独特的哑光性能，可用于保险杠、仪表板、立柱装饰板等部件； ABS/PVC合金，它不仅具有耐热性和抗冲击性，还具有阻燃自熄性和耐化学性。 主要用于汽车仪表板、仪表板蒙皮等一些需要阻燃的部件。

2.2 ABS电镀工艺

电镀级ABS塑料要求金属镀层与基材有良好的结合力，丁二烯含量应控制在18%～23%[8]。 ABS塑料电镀工艺包括预处理、化学镀和电镀三个阶段。 一般主要工艺流程为消除应力→除油→粗化→六价铬还原→钯锡活化→氢氧化锡去除→化学镀镍（或铜）→预镀→电镀，其中镀前表面处理最为关键[9]。 表面预处理、工艺简化、环保镀液替代等一直是研究的热点。 李璐等. 文献[10]采用石墨烯复合导电浆料对ABS塑料进行电镀前的表面处理，使ABS工件具有更好的导电性能。 电镀后金属光泽好，镀层完整不易脱落，有效减少污染。 ; 陈国华等. [11]发明了一种ABS塑料电镀前导电表面处理方法。 该工艺采用导电性更好的二维石墨烯材料作为前驱体。 它不使用贵金属或有毒物质。 它具有良好的导电性、成本较低、更加环保。 省去了粗化、敏化、活化、化学镀等复杂工艺； 孙硕等. [12]以H2O为还原剂在ABS塑料上沉积活性镍，并以其作为化学镀镍的活化中心。 他们提出了一种无钯活化工艺。 节省贵金属的使用，降低生产成本； 等人。 [13]以硫酸为碱性溶液，用过氧化氢或硝酸代替铬酸作为氧化剂对ABS塑料进行表面处理。 化学镀镍后的性能更好。

3 PP汽车用途及其电镀

3.1 PP在汽车上的应用

PP是一种无味、无毒、无色半透明的热塑性轻质通用塑料，具有良好的耐化学性、耐热性、电绝缘性和高强度机械性能。 在原料中添加增强剂、增韧剂等，可以改变聚丙烯的聚合物组分和大分子结构或晶体构型，以提高其综合性能。 如果在PP中添加一定比例的玻璃纤维，可得到具有更高刚性和耐热性的玻璃纤维增​​强PP。 常用于汽车结构件和工作温度较高的部件，如发动机舱的进气管、空气滤清器等。 清洁外壳、散热器风扇等； 在PP中添加适量的滑石粉和碳酸钙还可以提高PP的刚性和耐热性。 这种改性PP常用于汽车保险杠框架、仪表板和导流板。 、列等； 在PP中添加烯烃类热塑性弹性体（POE）或三元乙丙橡胶（Diene，EPDM）等增韧剂，可用于高端汽车中一些韧性要求较高的结构件。

3.2 PP电镀工艺

从电镀工艺来看，PP可分为普通型、电镀型和导电型。 普通PP电镀尺寸精度差，粗化麻烦。 在蚀刻和粗糙化之前必须用有机溶剂溶胀。 常用的有机溶剂是二甲苯。 粗化后可按照ABS塑料的敏化、活化等工艺和程序进行加工； 电镀级PP是在聚丙烯塑料中添加一定比例的ZnO、TiO2等填料。 这些填料可用于化学蚀刻和粗糙化工艺。 它溶解形成粗糙表面，提高涂层的结合强度。 电镀PP也可以按照ABS塑料的电镀工艺进行，只不过化学蚀刻时需要将溶液温度提高到70-80℃； 导电PP由质量分数约为30%石墨粉的聚丙烯制成。 因此，它具有良好的导电性，可以按照金属零件工艺进行电镀。 电镀级PP的开发和粗化工艺的改进一直是PP电镀工艺研究的热点。 张小虎等. [14]发明了一种低收缩电镀级聚丙烯复合材料，采用异形无机填料或异形填料与常规填料的组合，制备出收缩率接近ABS塑料的聚丙烯。 通过亲水改性，其表面粗化均匀，电镀性能良好，镀层结合力理想，降低了生产成本，提高了电镀产品的耐高温性能； 朱明高等。 [15-16]采用25%超细碳酸钙粉和5%自制增强剂与PP共混开发电镀级聚丙烯。 该材料可在酸性溶液中用300W、20-30kHz超声波进行粗化，粗化效果和电镀层结合性良好； 王毅等. [17]发明了一种尺寸稳定、可电镀聚丙烯复合材料的制备方法。 该方法通过配方的设计以及基材、填料、添加剂的选择，有效解决了聚丙烯尺寸稳定性差的问题。 同时，添加的弱碱性电镀添加剂使材料表面被酸性溶液粗化，从而获得良好的电镀外观。

4 PA汽车用途及其电镀

4.1 PA在汽车上的应用

PA是分子主链上含有重复酰胺基团的热塑性树脂的总称，俗称尼龙。 PA塑料具有良好的机械性能、耐热性、耐磨性、耐化学性和自润滑性，摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工，适合用玻璃纤维等填料填充增强改性。 玻纤增强PA可用于发动机舱内的塑料件和发动机零件； 高耐热PA/ABS合金，用于汽车后视镜、油箱盖、挡泥板等； PA/聚苯醚（Ether、PPE）合金具有优异的耐热性、强度、阻燃、导电等性能，可用于汽车中央电器箱、挡泥板、大型挡板、护板等。

4.2 PA电镀工艺

普通PA工件电镀前应检查应力。 方法是将工件浸入正庚烷中。 如果 5 至 15 秒内出现裂纹，则需要消除应力。 受力工件可放入冷水中加热至沸腾，保持3小时后用水缓慢冷却，以消除内应力。 PA电镀前的预处理工艺与ABS塑料大致相同，只是粗化工艺不同。 电镀材料的发展、环境保护和工艺改进仍然是研究的热点话题。 刘春燕[18]发明了一种电镀尼龙材料及其制备方法。 将经过偶联剂和稀土离子处理的改性矿物和相溶剂添加到聚酰胺中。 该方法显着提高了改性矿物在尼龙中的分散能力和相容性，大大提高了材料的刚性、低温冲击韧性和电镀性能； 邱凤涛等. 文献[19]公开了一种高强度、高耐热、尺寸稳定的电镀尼龙PA6灯壳材料及其制备方法，该材料将高硅含量的滑石粉和高径厚的云母粉相结合配比大，粒径小，显着提高了尼龙PA6性能的强度、耐热性和尺寸稳定性，改善了电镀表面效果，适用于汽车灯罩等电镀件； 等人。 [20]研究并实践了尼龙膨胀、调整、钯活化、还原、化学镍、预镀铜或镍、酸性铜、光亮镍、装饰铬等工艺，与传统铬酸/硫酸粗化工艺相比，不仅提供理想的镀层，而且避免了六价铬对环境的污染； 卢建华等. [21]发明了一种电镀汽车内饰门拉手专用尼龙，由尼龙、玻璃纤维、玻璃微珠、热稳定剂、抗氧剂、润滑剂、助剂按比例混合而成。 所得尼龙材料收缩率低，机械性能好，涂层结合力更强。

5 PC汽车用途及其电镀

5.1 PC在汽车中的应用

PC是分子链中含有碳酸酯基团的高分子聚合物。 具有冲击强度高、耐疲劳性好、尺寸稳定性好、透明度好、自由染色性好等特点。 但由于其耐划伤性和耐磨性较差，常以塑料合金的形式用于汽车内外装饰。 例如，PC/聚对苯二甲酸乙二醇酯（Poly，PET）和PC/聚对苯二甲酸丁二醇酯（Poly，PBT）合金具有PC的高耐热性和耐冲击性以及聚酯的性能。 具有优良的耐磨性和加工性能，适合制作要求高低温冲击性能的汽车车身部件、侧护板、汽车门框和保险杠等。

5.2 PC电镀工艺

PC预处理工艺包括内应力检查、应力消除、溶胀处理、化学蚀刻粗化等。 应力检查是将工件浸入质量分数为70%丙酮的水溶液中，室温放置1分钟，观察是否出现裂纹。 消除应力的方法是在烘箱中缓慢升温至110~130℃，保持2~6小时，然后缓慢冷却； 溶胀时，将工件浸入甲醇、乙醇、苯酚、乙醚等溶剂中，直至表面微白。 ；化学蚀刻粗化可采用ABS高硫酸化学粗化液，但温度要高一些。 也可以在氢氧化钠、硝酸钠、亚硝酸钠等粗化液中进行。 合金材料的制备和表面预处理工艺的改进是PC电镀研究的热点。 张钊[22]发明了一种聚碳酸酯组合物及其制备方法。 将PC、ABS、电镀改进剂、添加剂按配方比例组合，进一步优化组合物的注塑工艺。 涂装、电镀效果极佳。 ; 赵文霞等. [23]采用无铬低污染的MnO2-H2SO4-H3PO4-H2O体系对PC表面进行微蚀，并通过实验得到了最佳的微蚀液成分、微蚀时间和温度； 罗等人。 [24]提出了PC的无钯表面活化工艺，使用不含任何钯、锡或银的酸和盐活化溶液，并使用超声波处理表面。 由此产生的表面缺陷可作为直接化学镀铜的活性点。 。 工艺简单，不涉及贵金属或有毒金属，可有效降低成本，减少环境污染； 贾等人。 [25]利用二氧化氯自由基作为高效氧化剂，在温和条件下通过光辐射对PC进行氧化和改性。 化学 提高铜和镍镀层的金属附着力。

6 其他汽车用塑料及其电镀

除上述四种广泛应用的汽车塑料外，聚乙烯（PE）、PET、聚甲醛（Polyf Ormal-，POM）、聚苯醚（Oxide，PPO）、PVC等也广泛应用于汽车行业[26] 。 PE具有良好的绝缘性和化学稳定性，且易于加工。 常用于汽车内饰板、行李箱、油箱、护套、挡泥板等； PET具有抗蠕变性、抗疲劳性、耐摩擦性和尺寸稳定性。 一切都很好。 改性PET常用于汽车倒车镜框、音响扬声器、天窗框、顶棚等； POM的强度比ABS塑料高，被誉为“超级钢”或“赛车钢”，具有良好的机械性能。 、绝缘性、耐溶剂性和加工性能，改性POM可用于汽车动力阀、万向节轴承、把手、车窗升降器等； PPO无毒、透明、相对密度低、机械强度优异。 抗蠕变性、耐热性和尺寸稳定性，PPO/聚苯乙烯（PS）、PPO/PA、PPO/PBT等合金常用于汽车轮毂盖、灯壳、保险丝盒、大型挡板、缓冲垫等； PVC具有良好的电性能、耐酸碱、化学稳定性好。 可用于汽车防撞系统、车门内饰板织物、仪表板表面及密封条等。上述塑料电镀工艺的主要区别在于前处理和粗化工艺。 只要粗化工艺适合，形成最佳的粗化表面，就可以在表面顺利进行敏化、活化、化学镀和电镀。 ，这里不再详细描述。

纤维增强塑料是在塑料或树脂中添加纤维材料和织物制成的复合材料，已成为汽车轻量化材料的重要发展方向[27]。 玻璃纤维增​​强塑料（Glass Fiber，GFRP）又称玻璃纤维，具有比强度高、耐腐蚀、电绝缘性能好、易着色等优点。 常用于汽车车身结构件、翼子板、车顶、保险杠等； 碳纤维增强塑料具有强度高、弹性好、耐疲劳、耐磨等特点，多用于高档汽车的车身、底盘、车轮等； 天然纤维塑料采用黄麻、剑麻等天然植物纤维作为增强材料。 它不仅具有优异的性能，而且还非常环保。 它可用于车门内饰板、车顶内衬、座椅靠背和仪表板。 纤维增强塑料以塑料和树脂为基础，其电镀工艺的研究重点仍是电镀级材料的制备和电镀工艺的改进。 例如，钟国刚等。 [28]研究了碳纤维强聚醚醚酮复合材料的化学镀镍工艺。 镀件经过除油、粗化、调整、浸钯、活化、脱胶等严格工序，获得理想的镀层。 该镍层为纤维增强塑料表面化学镀镍提供了参考。

7 结论与展望

随着汽车轻量化技术的不断发展，塑料已成为应用最广泛的轻质非金属材料。 电镀技术的广泛应用不仅赋予塑料件金属般的外观和质感，提高汽车零部件的美观性和舒适性，而且提高了塑料件的机械性能和化学稳定性，丰富了塑料在汽车上的用途。 应用。 汽车塑料电镀促进了金属材料的替代，加速了汽车轻量化的进程。 共混改性塑料和纤维增强塑料因其优异的性能越来越多地应用于汽车领域。 电镀级材料的制备和电镀工艺的改进将成为塑料表面金属化技术发展的关键。

参考

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[10] 李璐，刘飞翔，罗惠玲，等。 石墨烯复合浆料在ABS塑料电镀前表面处理中的应用[J]. 中国塑料, 2021, 35(6): 40-45.