Galvaniseerproces van ABS, PP, PA, PC en andere veelgebruikte kunststoffen in de automobielindustrie.

Volgens statistieken van de Chinese Vereniging van Autofabrikanten zullen de Chinese autoproductie en -verkoop in 2022 respectievelijk 27.021 miljoen en 26.864 miljoen eenheden bedragen (waarmee China voor het veertiende jaar op rij wereldwijd de eerste plaats inneemt), een stijging van 3.4% en 2.1% ten opzichte van het voorgaande jaar. De auto-industrie blijft groeien en zich ontwikkelen en levert een belangrijke bijdrage aan de economische groei, maar dit leidt ook tot steeds ernstiger wordende energie- en milieuproblemen. Onderzoek toont aan dat het lichter maken van voertuigen het brandstofverbruik en de uitstoot effectief kan verminderen. Voor elke 10% gewichtsvermindering van een voertuig kan het brandstofverbruik met 6% tot 8% dalen en de CO2-uitstoot met 5% tot 6%.

De technologie voor het verlagen van het gewicht van auto's kan worden onderverdeeld in drie aspecten: geoptimaliseerd structureel ontwerp, toepassing van lichtgewicht materialen en geavanceerde productietechnologie. De toepassing van lichtgewicht materialen is de meest directe manier om het gewicht van auto's te verminderen. Kunststoffen hebben goede eigenschappen, zoals een laag gewicht, lage kosten en gemakkelijke vormbaarheid. Met name de toepassing van galvanisatietechnologie geeft kunststoffen een metaalachtige uitstraling en glans, wat de decoratieve, corrosiebestendige, mechanische sterkte en andere eigenschappen van kunststoffen effectief verbetert. Dit maakt kunststoffen een populaire keuze voor auto's. Niet-metalen materialen worden het meest gebruikt in het proces van gewichtsvermindering, en er is een trend om "staal te vervangen door kunststof".

Dit artikel geeft een algemene introductie tot de automobielkunststoffenmarkt en vat de toepassingen van verschillende kunststoffen samen, zoals... ABSPP, PA en PC, die veelvuldig in de automobielindustrie worden gebruikt, worden besproken en de bijbehorende galvaniseerprocessen worden uitgelegd. Er wordt een referentie gegeven voor verder onderzoek.

1. Overzicht van de toepassing van kunststoffen in de automobielindustrie

Kunststof is een polymeermateriaal dat hoofdzakelijk bestaat uit organische synthetische harsen en dat onder verhitting en druk kan worden gevormd. Dankzij de uitstekende eigenschappen, zoals een laag gewicht, lage kosten, gemakkelijke verwerking en diverse oppervlaktebehandelingen, wordt het veelvuldig gebruikt in auto-onderdelen, zowel voor het interieur als het exterieur, structurele onderdelen en functionele onderdelen. Met de voortdurende ontwikkeling van lichtgewichttechnologie in de auto-industrie is het gebruik van kunststoffen in auto's sterk toegenomen.

Binnen de automobielindustrie zijn algemene kunststoffen relatief goedkoop en vertegenwoordigen ze meer dan 50%, gevolgd door technische kunststoffen met ongeveer 15%. Speciale kunststoffen zijn duurder en worden relatief weinig gebruikt. Volgens onderzoeksstatistieken behoren ABS, PP, PA, PC, enzovoort tot de meest gebruikte en voor galvanisatie geschikte kunststofsoorten voor de automobielindustrie.

2. ABS-toepassingen in de automobielindustrie en de galvanisatie ervan

1. Toepassing van ABS in auto's

ABS is een thermoplastische technische kunststof met een breed scala aan toepassingen. Omdat ABS-kunststof nadelen heeft zoals een slechte weerbestendigheid, verkleuring en brandbaarheid, wordt het bij gebruik in auto's vaak gemengd met andere polymeren om meer gemodificeerde producten te maken, zoals ABS/PC, ABS/PA, ABS/PVC-legeringen, enz. ABS extrusielijn voor vellen

ABS/PC-legeringen kunnen de hittebestendigheid en treksterkte van ABS verbeteren, de smeltviscositeit van PC verlagen, de verwerkbaarheid verbeteren en de gevoeligheid van interne spanningen en slagvastheid voor de productdikte verminderen. Het wordt voornamelijk gebruikt voor interieur- en exterieurdecoratie van auto's, autoverlichting en andere onderdelen die een hoge sterkte en hittebestendigheid vereisen.

ABS/PA-legering is bestand tegen vervorming, heeft een goede vloeibaarheid en unieke matte eigenschappen, en kan worden gebruikt in onderdelen zoals bumpers, instrumentenpanelen en decoratieve panelen voor stijlen.

ABS/PVC-legering is niet alleen hitte- en slagvast, maar heeft ook vlamvertragende, zelfdovende eigenschappen en is chemisch bestendig. Het wordt voornamelijk gebruikt in dashboards, instrumentenpanelen en andere onderdelen van auto's die vlamvertragend moeten zijn.

2. ABS-galvaniseerproces

Voor galvaniseren is bij ABS-kunststof een goede hechting tussen de metaalcoating en het substraat vereist, waarbij het butadieengehalte tussen de 18% en 23% moet liggen. Het galvaniseerproces van ABS-kunststof omvat drie fasen: voorbehandeling, chemisch galvaniseren en elektroplateren. De algemene processtroom is spanningsvermindering → olieverwijdering → opruwen → reductie van zeswaardig chroom → activering van palladiumtin → verwijdering van tinhydroxide → chemisch nikkel- (of koper-)plateren → voorbehandeling → elektroplateren. De oppervlaktebehandeling vóór het galvaniseren is hierbij cruciaal. Oppervlaktevoorbehandeling, procesvereenvoudiging, vervanging van galvaniseeroplossingen door milieuvriendelijkere materialen, enzovoort, zijn altijd belangrijke onderzoeksthema's geweest.

3. PP-gebruik in de automobielindustrie en het galvaniseren ervan

1. Toepassing van PP in auto's

PP is een geurloze, niet-giftige, kleurloze en doorschijnende thermoplastische, lichtgewicht kunststof voor algemeen gebruik met goede chemische bestendigheid, hittebestendigheid, elektrische isolatie en hoge mechanische sterkte. Door toevoeging van versterkende middelen, taaiheidsmiddelen, enz. aan de grondstoffen kunnen de polymeercomponenten en de macromoleculaire structuur of kristalconfiguratie van polypropyleen worden gewijzigd om de algehele prestaties te verbeteren.

Door een bepaalde hoeveelheid glasvezel aan PP toe te voegen, kan een met glasvezel versterkt PP met een hogere stijfheid en hittebestendigheid worden verkregen. Dit wordt vaak gebruikt in structurele onderdelen van auto's en onderdelen die aan hoge bedrijfstemperaturen worden blootgesteld, zoals de inlaatbuis van de motorruimte, de behuizing van het luchtfilter, de radiateurventilator, enz. Ook het toevoegen van een geschikte hoeveelheid talkpoeder en calciumcarbonaat aan PP kan de stijfheid en hittebestendigheid verbeteren. Dit gemodificeerde PP wordt vaak gebruikt in bumperframes, instrumentenpanelen, spoilers, stijlen, enz. Door toevoeging van POE of versterkingsmiddelen zoals ethyleenpropyleendieenrubber (EPDM) kan het worden toegepast in bepaalde structurele onderdelen met hoge eisen aan de taaiheid in luxe auto's.

2. PP-elektroplatingproces

Vanuit het perspectief van het galvaniseerproces kan PP worden onderverdeeld in gewoon PP, gegalvaniseerd PP en geleidend PP.

Gewone PP-galvanisatie heeft een slechte maatnauwkeurigheid en een lastig opruwproces. Het moet worden gezwollen met een organisch oplosmiddel vóór het etsen en opruwen. Het meest gebruikte organische oplosmiddel is xyleen. Na het opruwen kan het worden verwerkt volgens de sensibilisatie-, activerings- en andere processen en procedures voor ABS-kunststof.

Elektrolytisch behandeld PP wordt gemaakt door een bepaalde hoeveelheid vulstoffen zoals ZnO en TiO2 toe te voegen aan polypropyleenplastic. Deze vulstoffen lossen op tijdens het chemisch etsen en opruwen, waardoor een ruw oppervlak ontstaat dat de hechtsterkte van de coating verbetert. Voor elektrolytisch behandeld PP kan hetzelfde proces worden gebruikt als voor ABS-plastic, met als enige verschil dat de temperatuur van de oplossing tijdens het chemisch etsen moet worden verhoogd tot 70-80 °C.

Geleidend PP wordt verkregen door ongeveer 30% grafietpoeder aan polypropyleen toe te voegen. Het heeft een goede elektrische geleidbaarheid en kan, net als metalen onderdelen, worden gegalvaniseerd. De ontwikkeling van galvaniseerbaar PP en de verbetering van de opruwingsprocessen zijn altijd belangrijke onderwerpen geweest in het onderzoek naar het galvaniseerproces van PP.

4. PA-gebruik in de automobielindustrie en het galvaniseren ervan

1. Toepassing van PA in auto's

PA-kunststof heeft goede mechanische eigenschappen, is hittebestendig, slijtvast, chemisch bestendig en zelfsmorend, heeft een lage wrijvingscoëfficiënt, een zekere mate van brandvertragendheid, is gemakkelijk te verwerken en is geschikt voor modificatie met glasvezel en andere vulstoffen.

Glasvezelversterkt PA kan worden gebruikt voor kunststof onderdelen en motoronderdelen in het motorcompartiment; hittebestendige PA/ABS-legering wordt gebruikt in autospiegels, tankdoppen, spatborden, enz.; PA/PPE-legering heeft uitstekende hittebestendigheid, sterkte, brandvertragendheid, geleidbaarheid en andere eigenschappen en kan worden gebruikt in auto-elektronicakasten, spatborden, grote schotten, beschermingspanelen, enz.

2. PA-elektroplatingproces

De spanning in gewone PA-werkstukken moet vóór het galvaniseren worden gecontroleerd. De methode is om het werkstuk in n-heptaan onder te dompelen. Als er binnen 5 tot 15 seconden scheuren ontstaan, moet de spanning worden verwijderd. Werkstukken met spanning kunnen in koud water worden geplaatst en tot kookpunt worden verhit. Houd het daar 3 uur in en koel het vervolgens langzaam af met water om de interne spanning te verwijderen. Het voorbehandelingsproces vóór het galvaniseren van PA is in grote lijnen hetzelfde als dat van ABS-kunststof, met uitzondering van het opruwproces. De ontwikkeling van galvaniseermaterialen, milieubescherming en procesverbetering zijn nog steeds belangrijke onderzoeksthema's.

5. PC-gebruik in de automobielindustrie en het galvaniseren ervan

1. Toepassing van pc's in auto's

Polycarbonaat (PC) is een hoogmoleculair polymeer met carbonaatgroepen in de moleculaire keten. Het heeft de kenmerken van een hoge slagvastheid, goede vermoeiingsweerstand, goede vormvastheid, transparantie en goede kleurechtheid. Vanwege de slechte kras- en slijtvastheid wordt het echter vaak gebruikt in de vorm van kunststoflegeringen voor de interieur- en exterieurafwerking van auto's. Zo combineren PC/PET- en PC/PBT-legeringen de hoge hittebestendigheid en slagvastheid van PC met de slijtvastheid en verwerkingseigenschappen van polyester. Ze zijn geschikt voor de vervaardiging van carrosseriedelen, zijbeschermers, deurkozijnen en bumpers met hoge slagvastheid bij lage temperaturen.

2. PC-elektroplatingproces

Het PC-voorbehandelingsproces omvat interne spanningsinspectie, spanningsontlasting, zwelbehandeling, chemisch etsen en opruwen. Bij de spanningsinspectie wordt het werkstuk ondergedompeld in een waterige oplossing met een massafractie van 70% aceton en gedurende 1 minuut op kamertemperatuur bewaard om te observeren of er scheuren ontstaan. De spanningsontlastingsmethode bestaat uit het langzaam verhogen van de temperatuur in een oven tot 110-130 °C, deze gedurende 2-6 uur warm houden en vervolgens langzaam afkoelen. Bij het opruwen wordt het werkstuk ondergedompeld in oplosmiddelen zoals methanol, ethanol, fenol en ether totdat het oppervlak licht wit kleurt. Chemisch etsen en opruwen kan met een ABS-oplossing met een hoog zwavelzuurgehalte, maar de temperatuur moet hoger zijn. Het kan ook worden uitgevoerd in opruwvloeistoffen zoals natriumhydroxide, natriumnitraat en natriumnitriet. De bereiding van legeringsmaterialen en de verbetering van oppervlaktevoorbehandelingsprocessen zijn belangrijke onderwerpen in het PC-elektroplatingonderzoek.

6. Andere kunststoffen voor automobieltoepassingen en hun galvanisatie

Naast de vier hierboven genoemde veelgebruikte kunststoffen voor de auto-industrie, worden ook PE, PET, POM, PPO, PVC, enz. veelvuldig toegepast. PE heeft goede isolerende en chemische stabiliteit en is gemakkelijk te verwerken. Het wordt vaak gebruikt in interieurpanelen, bagageruimtes, brandstoftanks, carrosseriepanelen, spatborden, enz.

PET heeft een goede kruipweerstand, vermoeiingsweerstand, wrijvingsweerstand en vormvastheid. Gemodificeerd PET wordt vaak gebruikt in frames van achteruitkijkspiegels, luidsprekers, frames van schuifdaken, plafonds, enz. POM heeft een hogere sterkte dan ABS-kunststof en staat bekend als "superstaal" of "racestaal". Het heeft goede mechanische eigenschappen, isolatie, oplosmiddelbestendigheid en verwerkbaarheid. Gemodificeerd POM kan worden gebruikt in auto-onderdelen zoals ventielen en kruiskoppelingen, lagers, handgrepen, raammechanismen, enz.

PPO is niet-giftig, transparant, heeft een lage relatieve dichtheid en beschikt over uitstekende mechanische sterkte, kruipweerstand, hittebestendigheid en vormvastheid. PPO/PS, PPO/PA, PPO/PBT en andere legeringen worden vaak gebruikt in wieldoppen, koplampbehuizingen, zekeringkasten, grote schotten, bufferpads, enz. PVC heeft goede elektrische eigenschappen, is bestand tegen zuren en basen en heeft een goede chemische stabiliteit. Het kan worden gebruikt in antibotsingssystemen voor auto's, bekleding van deurpanelen, oppervlakken en afdichtingen van instrumentenpanelen, enz.

Het belangrijkste verschil in het galvaniseerproces van de bovengenoemde kunststoffen zit hem in de voorbehandeling en het opruwproces. Zolang het opruwproces geschikt is om een ​​optimaal opgeruwd oppervlak te vormen, kunnen de sensibilisatie, activering, chemische afzetting en galvanisatie probleemloos op het oppervlak worden uitgevoerd. Dit proces zal hier niet verder worden toegelicht.

Vezelversterkte kunststoffen zijn composietmaterialen die worden gemaakt door vezelachtige materialen en weefsels toe te voegen aan kunststoffen of harsen. Ze zijn een belangrijke ontwikkelingsrichting geworden voor lichtgewicht materialen in de auto-industrie. Glasvezelversterkte kunststof (GFRP), ook wel bekend als glasvezel, heeft als voordelen een hoge specifieke sterkte, corrosiebestendigheid, goede elektrische isolatie-eigenschappen en gemakkelijke kleuring. Het wordt vaak gebruikt in structurele onderdelen van de carrosserie, zoals spatborden, daken, bumpers, enzovoort.

Koolstofvezelversterkte kunststof heeft de kenmerken van hoge sterkte, goede elasticiteit, vermoeiingsweerstand en slijtvastheid en wordt voornamelijk gebruikt in de carrosserie, het chassis, de wielen, enz. van luxe auto's. Natuurvezelversterkte kunststoffen gebruiken natuurlijke plantenvezels zoals jute en sisal als versterkingsmateriaal. Ze hebben niet alleen uitstekende prestaties, maar zijn ook milieuvriendelijk. Ze kunnen worden gebruikt in interieurpanelen van deuren, hemelbekleding, rugleuningen van stoelen, instrumentenpanelen, enz. Vezelversterkte kunststoffen zijn gebaseerd op kunststoffen en harsen. Het onderzoek naar het galvaniseerproces richt zich nog steeds op de voorbereiding van galvaniseerbare materialen en de verbetering van het galvaniseerproces.

7. Conclusie en vooruitzichten

Door de voortdurende ontwikkeling van lichtgewichttechnologie in de auto-industrie is kunststof uitgegroeid tot het meest gebruikte lichtgewicht niet-metalen materiaal. De brede toepassing van galvaniseertechnologie geeft kunststofonderdelen niet alleen een metaalachtige uitstraling en textuur, waardoor de esthetiek en het comfort van auto-onderdelen verbeteren, maar verbetert ook de mechanische eigenschappen en chemische stabiliteit van kunststofonderdelen, wat de toepassingsmogelijkheden van kunststoffen in de auto-industrie vergroot.

Galvaniseren van kunststoffen voor auto's bevordert de vervanging van metalen materialen en versnelt het proces van gewichtsvermindering in de automobielindustrie. Gemengde gemodificeerde kunststoffen en vezelversterkte kunststoffen worden steeds vaker in auto's gebruikt vanwege hun uitstekende eigenschappen. De ontwikkeling van materialen die geschikt zijn voor galvaniseren en de verbetering van galvaniseerprocessen zullen cruciaal zijn voor de verdere ontwikkeling van technologie voor de metallisatie van kunststofoppervlakken.