摘要：塑料零件在受到挤压摩擦时，容易发生粘滑现象，从而产生异响，目前汽车行业普遍采用的涂抹润滑油、消音水、粘贴无纺布类毛毡等措施增加了产品的生产周期与成本。针对上述情况，并基于吉利汽车标准，通过添加热塑性聚酯弹性体(TPEE)与聚碳酸酯／丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(PC／ABS)共混改性，研发出了一款具有优异降噪功能的PC／ABS材料，对比了降噪PC／ABS与普通PC／ABS的常规性能和降噪性能。

结果表明，与普通PC／ABS相比，降噪PC／ABS的力学性能略有降低但保持了良好的耐刮擦性能、耐化学药品性以及耐光老化性能，而且具有更低的响度、更小的振动加速度以及更低的异响风险系数值，最终成功应用在多个车型的仪表板部件上，实现国产降噪材料的成功量产。

关键词：异响；聚碳酸酯／丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料；降噪；汽车仪表板

聚碳酸酯(PC)／丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)合金具有易加工、韧性好、耐应力开裂、耐候性好等优点，广泛应用于汽车及其它行业^[1–3]。但是，使用PC／ABS材料的零件在发动机行驶振动或受到外力挤压作用时，容易产生“吱吱”的异响声。这种异响声可能来自于塑料制件之间的摩擦，也可能来自塑料件与皮革件、电镀件等之间的摩擦^[4]。

零件受到外力时，发生了粘滑现象，塑料件由相粘的静摩擦状态转变为滑动接触，并且此过程有能量释放，粘滑循环发生导致材料振动产生异响^[5–6]。

阻尼性能是指固体机械振动能转变为热能的能力，主要用于振动和噪声控制^[7–9]。材料的阻尼性能越好，说明摩擦功转化为内能越多，材料异响越小。高分子材料的阻尼作用机理与其自身的动态松弛性质有关。

当高分子材料受到交变应力的作用时，由于链段运动时受到内摩擦作用，形变通常落后于应力的变化，产生一个相位差滞后角，这种现象称为滞后现象^[10–12]。由阻尼产生的机理可知，能够增大分子内摩擦的因素便可提高材料的阻尼性能。

吉利汽车通过易产生异响的零部件研究发现，容易产生异响的主要原因见表1。

现阶段，主机厂主要是通过在接触部位增加毛毡阻隔、涂覆润滑油、使用橡胶衬垫等措施解决制件的摩擦异响^[13–17]，但是这不仅增加了人工成本，而且延长了产品的生产周期。

因此，降噪改性成为了塑料改性厂商关注的焦点^[17]。余朦山等^[18]通过引入马来酸酐接枝的聚氨酯树脂对ABS进行共混改性获得了高阻尼降噪材料；J.Rojsatean等^[19]发现乙撑双硬脂酰胺(EBS)和乙烯–辛烯共聚物(POE)的加入也能够有效地改善ABS的粘滑倾向。卢焕青^[20]发现热塑性聚酯弹性体(TPEE)兼具橡胶优良的弹性和热塑性塑料的易加工性及良好的声阻性能。

但是，目前国内还没有能实现稳定量产的TPEE改性PC／ABS降噪材料。基于此，吉利汽车与锦湖日丽合作从改善材料阻尼性能和摩擦系数角度出发，通过材料研发与零件验证，最终将降噪PC／ABS合金成功应用于吉利多款车型的仪表板上。

实验部分

1．1　主要原料

PC：7025J，日本三菱化学公司；

ABS：8434，中国石化高桥石化公司；

抗氧剂1010、抗氧剂168：瑞士汽巴(Ciba)精细化工有限公司；

季戊四醇硬脂酸酯(PETS)：意大利FACI公司；

TPEE：TX506，中国石化仪征化纤股份有限公司。

1．2　主要仪器与设备

双螺杆挤出机：CET35型，长径比为44∶1，科倍隆(南京)机械有限公司；

塑料注射成型机：JM138–AI–SVP／2型，震雄机械(深圳)有限公司；

密度仪：GR–200型，日本A&D公司；

电子万能拉伸试验机：Z010型，德国ZwickRoell集团；

摆锤冲击试验机：HIT25P型，德国ZwickRoell集团；

热变形维卡试验机：IC6+型，德国Coesfeld公司；

刮擦仪：ERICHSEN430P型，德国仪力信公司；

氙灯老化试验机：Ci3000型，美国Atlas有限公司。

1．3　试样制备

降噪PC／ABS：将PC，ABS，TPEE及抗氧剂和润滑剂PETS按照质量比65／27／8／0.5／0.5进行混合(抗氧剂1010与168质量比为1／1，下同；小试实验中，当TPEE用量低于8份时其对材料的降噪效果不大，而当TPEE用量高于8份时会影响相容性从而影响材料冲击性能)，然后在双螺杆挤出机上进行熔融挤出造粒。挤出机的温度为200～250℃，螺杆转速为350r／min，相对真空度为–0.09MPa；将所制得材料在100℃下干燥4h，然后注塑成样板(140mm×90mm×3mm)，其中注塑温度为250℃，注塑压力为80MPa，成型周期为50s。

普通PC／ABS：将PC，ABS，抗氧剂和润滑剂按照质量比65／35／0.5／0.5混合，其余步骤同上。

1．4　性能测试

(1)常规性能测试。

密度按GB／T1033.1–2008测试；

拉伸强度按GB／T1040.1–2018测试，拉伸速率为50mm／min；

弯曲强度与弯曲弹性模量按GB／T9341–2018测试，弯曲速率为2mm／min；

悬臂梁缺口冲击强度按GB／T1843–2008测试，摆锤能量为4J；

维卡软化温度(B50法)按GB／T1633–2000测试；

耐化学药品性按Q／JLYJ711028E–2019测试；

耐刮擦性能按Q／JLYJ7110536C–2019测试；

耐光老化性能按Q／JLYJ7110279B–2014测试。

(2)摩擦异响试验。

摩擦异响试验设备为锦湖日丽自行搭建，具体实验条件及参数见文献^[4]，设计的工装结构如图1所示^[4]。压头和样板之间摩擦时易产生典型的粘滑现象从而产生振动和噪音。将振动传感器粘贴在摩擦压头上采集摩擦过程中产生的振动参数，即振动加速度；声音传感器距待测样板5cm采集声音参数，即人耳响度。

(3)异响测试。

根据标准VDA230–206–2005测试异响的风险系数(RPN)。待测样品与摩擦副的接触面积为1250mm²，滑动距离固定为50mm，滑动速度为1mm／s和4mm／s，负载为10N和40N。测试前将样品在温度(23±2)℃，相对湿度(50±5)%环境中调节24h以上。

(4)零部件试验。

用普通PC／ABS和降噪PC／ABS分别注塑成如表2中的部件进行异响对比验证，由7人进行评级取众数。其中评级为1级代表无异响，2级代表轻微异响，3级代表异响较重，4级代表异响严重。

2．1　降噪PC／ABS与普通PC／ABS的常规性能对比

表3列出降噪PC／ABS与普通PC／ABS常规性能的对比。由表3可以看出，降噪改性后的PC／ABS在刚性方面(拉伸强度、弯曲强度和弯曲弹性模量)略有下降，这是因为TPEE弹性体分子链的柔性链段可以有效增大分子内摩擦，从而降低材料刚性、增强材料的阻尼性能。缺口冲击强度的小幅减小可能归因于TPEE的加入一定程度降低了PC与ABS之间的相容性。另外，改性后的PC／ABS在耐化学药品性、耐刮擦性能、耐光老化性能等方面与普通PC／ABS相媲美，均能达到汽车内饰的行业标准。总体来看，两种材料的常规性能差别较小。

2．2　人耳响度结果分析

响度又称音量，单位为宋，它是人对声音大小的主观感觉量。其大小决定于声音接收处的波幅，表示人耳对声音的直观感受。图2是不同PC／ABS材料的响度随摩擦时间的变化曲线，可以看出，降噪改性的PC／ABS在摩擦过程中产生的响度(30宋)远低于普通PC／ABS(62宋)，这体现出了其优异的降噪效果。

2．3　振动加速度分析

声音伴随着振动，频率越高，振动越剧烈，意味着制件接触时产生异响的风险越大。图3是不同PC／ABS材料的振动加速度随着摩擦时间的变化曲线，可以看出降噪PC／ABS在摩擦过程中的加速度远低于常规PC／ABS，进一步验证了改性PC／ABS优异的降噪性能。

2．4　异响RPN结果分析

RPN是事件发生的频率、严重程度和检测等级三者的乘积，被称为风险系数或风险顺序数，其数值越大说明潜在问题越严重。一般认为，当RPN=1~3，材料发生异响的风险较小；当RPN=4~5，材料存在中等异响的风险；当RPN=6~10，材料存在较高的异响风险。不同PC／ABS材料的异响RPN数据见表4。由表4可以看出，无论测试压力或者滑动速度如何，降噪改性PC／ABS都展示出极低的异响RPN值，该结果说明材料发生异响的风险较低。

2．5　零件试验结果

通过表2的零部件异响验证，得到普通PC／ABS和降噪PC／ABS的异响结果，见表5。由表5可以看出，降噪改性的PC／ABS在太阳暴晒下经历按压或者开空调操作均无任何异响。在崎岖道路与减速带验证环节，与普通PC／ABS相比，改性PC／ABS也表现出了更加优异的降噪效果。

塑料零件在受到外力挤压时，容易发生粘滑现象，从而产生异响。通过共混改性方式研发出了一款降噪性能优异的PC／ABS合金材料。与传统的PC／ABS合金相比，它的拉伸强度、弯曲强度、弯曲弹性模量以及缺口冲击强度略有降低，但是都能满足仪表板部件的标准要求。

值得关注的是，TPEE的加入使得PC／ABS合金具有更低的响度、更小的振动加速度以及更低的异响RPN值，从而具有优异的降噪效果，最终应用在多个车型的仪表板部件上，实现国产降噪材料的成功量产。