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豐田紡織與豐田中央研究所合作開發(fā)出高強(qiáng)度生物塑料,在“汽車技術(shù)會2014年春季大會”上發(fā)布了概要,其耐沖擊強(qiáng)度約為汽車內(nèi)飾部件使用的聚丙烯(PP)的10倍。
這種生物塑料是聚酰胺(PA)11與PP復(fù)合而成。使用的PA11以蓖麻榨取的蓖麻油為原料,100%來源于植物。夏比沖擊強(qiáng)度在常溫下約為90kJ/m2。大約是汽車內(nèi)飾使用的生物塑料PP/聚乳酸復(fù)合材料的13倍,約比高沖擊聚合物復(fù)合材料——聚碳酸酯(PC)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚樹脂(abs)復(fù)合材料高80%。
隨著耐沖擊強(qiáng)度的突飛猛進(jìn),生物塑料的應(yīng)用范圍可能大幅擴(kuò)大。以汽車內(nèi)飾為例,不只是車門內(nèi)飾等目前使用PP的部件,其用途還有可能拓展到儀表板基材、碰撞能量吸收體等需要具備高耐沖擊性和剛性,在沖撞時保護(hù)乘員的部件。而且,這種材料還有望應(yīng)用于汽車的外裝部件,候選用途包括保險杠模塊、樹脂擋泥板等。
當(dāng)然,用途還有可能延伸到汽車以外的領(lǐng)域。旅行用行李箱、頭盔、各種便攜終端的外殼、一般家電的外殼等現(xiàn)在使用高沖擊聚合物復(fù)合材料的部件都可能成為候選。
豐田紡織表示,耐沖擊強(qiáng)度突飛猛進(jìn)的主要原因之一,是采用了使原料PP與PA11混合更加致密的相容劑(反應(yīng)性橡膠)。二是為通過化學(xué)反應(yīng)混合原料的反應(yīng)熱熔擠出工藝找到了合適的條件。借助這些改進(jìn),實現(xiàn)了PA11在PP的“大海”中三維分岔,反應(yīng)性橡膠與PA11的反應(yīng)物分布在PP與PA11的界面,以及PA11之中的結(jié)構(gòu)(該公司稱之為“共連續(xù)相包藏結(jié)構(gòu)”)。按照二者看法,這種結(jié)構(gòu)對提高耐沖擊強(qiáng)度起到了相當(dāng)大的作用。
反應(yīng)熱熔擠出工藝使用通用的雙螺桿擠出機(jī)。料斗中放入原料(PP與PA11,以及反應(yīng)性橡膠)。原理是利用加熱產(chǎn)生的熱和螺旋槳剪切產(chǎn)生的熱,使原料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并擠出。再借助水冷配管,冷卻擠出的粘稠物,切割成細(xì)小的顆粒。此次優(yōu)化的是工藝的條件。
顆粒化的復(fù)合材料可以利用通常和模具和成型機(jī)注射成型。復(fù)合材料的實用化時間和商務(wù)模式目前還在研究之中。價格未定,預(yù)計將低于PC/ABS復(fù)合材料。另外,這種材料的剛性與PP相當(dāng),耐熱性優(yōu)于PP。
除PA11外,PA6、聚酯、聚碳酸酯(PC)也可作為復(fù)合材料的原料(基體樹脂是PP)。同樣可以實現(xiàn)共連續(xù)相包藏結(jié)構(gòu)。豐田紡織表示,PA6復(fù)合材料的耐熱性比PA11復(fù)合材料還要勝出一籌。