深度 | 塑胶件的杀手：环境应力开裂
关于作者：钟元，2011年出版书籍《面向制造和装配的产品设计指南》（DFMA）。2020年即将出版《面向成本的产品设计：降本设计之道》（DFC）。关注头条号或微信号“降本设计”，获取更多原创产品设计知识和理念！“降本设计”专注于面向制造和装配的产品设计(DFMA)、面向成本的产品设计(DFC)等产品设计知识和理念分享，帮助工程师成长和提高技能，帮助企业降低产品成本。
导读：
本篇文章介绍如何塑胶件环境应力开裂的危害、产生的机理以及如何避免其发生。
工程师在进行塑胶件设计时，有很大的几率碰到塑胶件开裂的质量问题。一旦碰到开裂问题，要去解决则变得非常困难。
作为一名消费者，也经常会发现自己使用的产品发生开裂。这种失效会深深的伤害品牌荣誉，消费者也许以后再也不会买该品牌的产品了。
笔记本显示器边框开裂
汽车空调出风口塑胶罩开裂
汽车安全带卡扣开裂
汽车中控台塑胶开裂
汽车防冻液塑料水箱开裂
很多年以前的iPhone塑胶手机壳开裂
螺丝柱开裂
蓄电池塑胶外壳开裂
塑胶簸箕开裂
衣架开裂
塑胶管道开裂
其它各种各样的开裂
2环境应力开裂的机理环境应力开裂的概念
环境应力开裂（Environmental Stress Cracking, ESC）是指在内应力存在下，塑料树脂受化学物质作用发生的降解现象，最终导致塑料组分的损坏。这是一种溶剂诱导型的破坏，是化学物质和机械应力协同作用发生的裂解。
环境应力开裂并不是化学反应，化学物质并不会导致直接的化学攻击或者分子降解。实际上，是化学物质渗透到分子结构并损害了聚合物链的内分子力，从而加快分子断裂。
在塑胶件的常见失效原因中，环境应力开裂占据大多数，占据31%，被称为塑胶件的杀手。如果加上化学攻击，基本在占据了40%。 我相信，上述案例中的塑胶件开裂，环境应力开裂占了绝大多数。
环境应力开裂的步骤
ESC损坏的机械历程，类似于蠕变损坏，它包括流体吸收、塑性化、细纹产生、破裂扩展和最终破坏。
下图显示了一个试样的环境应力开裂是如何一步一步产生的。
由于ESC过程取决于化学物质在塑料分子结构内的扩散，流体吸收速率是裂纹扩展和开裂扩大两个速率的决定因素。化学物质吸收越快，塑料越易开裂和随之而来的破损。
近来分析比较，认为蠕变在特定条件下发生的ESC，在此情况下，蠕变是简化了的ESC，它以空气作为化学试剂，它们主要区别是活性化学物质存在，它加速高分子断裂过程。这种加速作用结果显著缩短初期开裂的时间，实质上加速裂解扩大化的速率，这样缩短了最终破损的时间。
环境应力开裂的特征
环境应力开裂破损均有几个典型的特征：
脆性断裂：ESC损坏是由脆性断裂造成，任何材质正常情况均可产生塑变屈服的机理，作为ESC损坏最初开裂点，总发生在表面。他们往往是高应力区域所在，如微观缺损点或应力集中点。此初始开裂点一般总是直接与气态或液态活性化学物质接触。多重开裂：起初多个单点开裂，随后连接成一个统一断裂，众多的原始开裂和随后联合是ESC破损机理的写照。平滑的形态：原始开裂区域，通常当展显出相对平滑形态时，缓慢的开裂扩展，而活泼的化学物质能加快初始开裂出现及开裂扩展，粗糙表面，这种现象尤为明显。细微裂纹残留：残留细微裂纹存在，无论是初始开裂区或附近区域，将预示会产生ESC。在许多场合下当裂缝长度达到一个极限大小时，最终破损将在塑变超荷时发生。
伸展的小纤维：最终断裂区可能出现伸展的小纤维和其他特征，这说明这种断裂是可塑变断裂。这是一个重要的启示说明ESC用化学作用机理是不合适的，因此一般伴随的化学作用引发的分子降解通常是不存在的。
交错带：最新实验表明，一般ESC是通过渐进式开裂扩展机理进行的，在实验室条件下重塑特征表面试验，显示了一系列交错带，相当导致开裂扩展的环。这些观察到的带区可以想象是重复出现细纹化的环，随后通过脆性开裂的裂解扩展，其中包含了蠕变和ESC破损机理各步骤。3影响环境应力开裂的因素
环境应力开裂主要与以下三个因素有关：
塑胶材料的类型；与塑胶件接触的化学物质；作用于塑胶件的应力；塑料类型
一般来说，相对于半结晶塑料，无定形塑料更容易发生环境应力开裂。这是由于无定形塑料相比于有序、密实的半结晶塑料结构来说具有很大的自由体积。所以，PC、ABS、PPO、PMMA等无定形塑料比PBT、POM、PA66、PPS等更容易发生环境应力开裂。当然，即使同一种塑料，因为其组成成分不同，其抗ESC能力也会存在差别。（PMMA在接触二氯甲烷前后的拉伸强度测试对比，
二氯甲烷造成PMMA可以承受的最大载荷大幅度降低）
（四种塑料的抗ESC性能对比）
化学物质
氢键：带有中等水平氢键流体一般相对高度氢键化学品而言是属于易加剧ESC试剂，例如，有机酯类、酮类、醛类、芳香烃类和氯化烃类相比有机醇类是更强的ESC作用化学物质。分子大小： 具有较低分子量的化学物质相比较高分子量是比较强烈的ESC试剂，如硅油比硅脂更强，丙酮更强于甲基异丁酮，这种直接由分子大小所得结论，与较小分子有更大能力渗透入聚合物分子结构中去有关。
化学物质主要有两个来源；
应力
使用过程中承受的拉伸应力：ESC只有在物质处于拉伸应力状态下才会发生，拉伸应力是分子发生断裂、最终造成ESC的原因。压缩应力在某些条件下足以造成塑胶件机械性失效，但不足以造成ESC。注塑成型过程中的残余内应力：内部模塑残余应力与外界应力结合造成ESC巨大模塑残留应力足以造成ESC。（CAE软件显示的塑胶件内应力分布）
装配过程中产生的应力，例如超声波焊接、振动焊接、热熔和螺钉紧固等时产生的应力。如何避免ESC的发生
避免ESC的发生需要从塑料类型、化学物质和应力三大方面入手，下面是一些建议，可以帮助减少发生ESC的风险：
ESC的发生受时间、载荷和温度的影响。在产品设计之初，需要明确产品的预期寿命以及承受的载荷、环境温度和化学物质。短期的高温或过大载荷并不危险，固定的、长期的才是ESC发生的原因，而化学物质的存在更是触发了ESC的发生。明确塑胶件在生产过程中和使用过程中可能存在的化学物质；根据这些化学物质，有针对性的选取抗ESC性能好的塑胶材料，或者与这些化学物质兼容的塑胶材料；对于特定的塑胶材料，可能只是对某种化学物质不兼容。这些信息可以从专门的塑胶材料技术网站查询，或者向材料供应商咨询。在产品设计阶段，选择合适的塑胶材料是避免ESC发生的最好方法。无定形塑料比半结晶塑料更容易发生ESC。尽量避免透明材料承受长期载荷。当选择塑胶材料时，需要关注的是其在使用温度下的机械性能值，而不是在常温下的值。使用增强塑料。相对非增强塑料，增强塑料机械强度高，对温度或长期载荷不敏感。
在选定塑胶材料的前提下，严格管控生产和使用过程中的可能存在的化学物质。确保选择的塑胶材料和塑胶件设计能够满足载荷要求，并有足够的余量。例如，塑胶件在20平方毫米的截面上需要承受1000牛顿的力，即应力为50MPa。如果选择的塑胶材料的断裂拉伸强度为60MPa，那么这可能就不够安全。这对于临时载荷可能没有问题。为了避免ESC的发生，需要把该处塑胶件的强度增加一倍。这是因为ESC是一个长期行为，塑胶件在长期载荷作用及使用温度下，所能承受的应力远远小于材料的断裂拉伸强度。
设计零件承受压缩载荷，而不是拉伸载荷。
降塑胶件注塑成型过程中的内应力；内应力会造成ESC发生。螺钉、金属镶件、塑胶件壁厚的急剧变化、以及错误设计的卡扣等均会导致内应力的产生，从而导致ESC发生。如何降低塑胶件内应力，这是一个比较大的话题，将在下一批文章中展开。减小和避免塑胶件装配过程中产生的应力。
—END—
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各种塑料的简易鉴别方法
各种塑料的简易鉴别方法
在采用各种塑料再生方法对废旧塑料进行再利用前，大多需要将塑料分拣。由于塑料消费渠道多而复杂，有些消费后的塑料又难于通过外观简单将其区分，因此，最好能在塑料制品上标明材料品种。中国参照美国塑料协会（SPE）提出并实施的材料品种标记制定了GB/T16288—1996“塑料包装制品回收标志”， 虽可利用上述标记的方法以方便分拣，但由于中国尚有许多无标记的塑料制品，给分拣带来困难，为将不同品种的塑料分别，以便分类回收，首先要掌握鉴别不同塑料的知识，下面介绍塑料简易鉴别法：
1． 塑料的外观鉴别
通过观察塑料的外观，可初步鉴别出塑料制品所属大类：热塑性塑料，，热固性塑料或弹性体。一般热塑性塑料有结晶和无定形两类。结晶性塑料外观呈半透明，乳浊状或不透明，只有在薄膜状态呈透明状，硬度从柔软到角质。无定形一般为无色，在不加添加剂时为全透明，硬度从硬于角质橡胶状（此时常加有增塑剂等添加剂）。热固性塑料通常含有填且不透料明，如不含填料时为透明。弹性体具橡胶状手感，有一定的拉伸率。
2． 塑料的加热鉴别
上述三类塑料的加热特征也是各不相同的，通过加热的方法可以鉴别。热塑性塑料加热时软化，易熔融，且熔融时变得透明，常能从熔体拉出丝来，通常易于热合。热固性塑料加热至材料化学分解前，保持其原有硬度不软化，尺寸较稳定，至分解温度炭化。弹性体加热时，直到化学分解温度前，不发生流动，至分解温度材料分解炭化。
常用热塑性塑料的软化或熔融温度范围见表
塑料品种
软化或熔融范围/°c
塑料品种
软化或熔融范围/oc
聚醋酸乙烯
35~ 85
聚氧化甲烯
165~185
聚苯乙烯
70~115
聚丙烯
160~170
聚氯乙烯
75~90
尼龙12
170~180
聚乙烯
密度0.92/ cm3
110
尼龙11
180~190
密度0.94/ cm3
约120
聚三氟氯乙烯
200~220
密度0.96/ cm3
约130
尼龙610
210~ 220
聚-1-丁烯
125~ 135
尼龙6
215~225
聚偏二氯乙烯
115~ 140（软化）
聚碳酸酯
220~ 230
有机玻璃
126~ 160
聚-4-甲基戊烯-1
240
醋酸纤维素
125~175
尼龙66
250~260
聚丙烯腈
130~ 150（软化）
聚对苯二甲酸乙二醇酯
250~260
3． 塑料的溶剂处理鉴别
热塑性塑料在溶剂中会发生溶胀，但一般不溶于冷溶剂，在热溶剂中，有些热塑性塑料会发生溶解，如聚乙烯溶于二甲苯中，热固性塑料在溶剂中不溶，一般也不发生溶胀或仅轻微溶胀，弹性体不溶于溶剂，但通常会发生溶胀。
塑料的溶解性
聚合物
溶剂
非溶剂
聚乙烯
对二甲苯①，三氯苯①
丙酮，乙醚
聚-1-丁烯
癸烷①，十氢化萘①
低级醇
全同立构聚丙烯
无规聚丙烯
烃类，乙酸异戊酯
醋酸乙酯，丙醇
聚异丁烯
己烷，苯，四氧化碳，四氢呋喃
丙酮，甲醇，乙酸甲酯
聚丁二烯
脂肪族和芳香族烃类
聚异戊二烯
聚苯乙烯
苯，甲苯，三氯甲烷，环己酮，乙酸丁酯，二硫化碳
低级醇，乙醚（溶胀）
聚氯乙烯
四氢呋喃，环己酮，甲酮，二甲基甲酰胺
甲醇，丙酮，庚烷
聚氟乙烯
环己酮，二甲胺基甲酰胺
脂肪族烃类，甲醇
聚四氟乙烯
不可溶
聚乙烯异烯酯
苯，三氯甲烷，甲醇，丙酮，乙酸丁酯
乙醚石油醚，丁醇
聚乙烯异丁醚
异丙醇，甲基乙烯酮，三氯甲烷，芳香族烃类
甲醇，丙酮
聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯
三氯四烷，丙酮，乙酸乙酯，四氢呋喃，甲苯
甲醇，乙醚，石油醚
聚丙烯腈
二甲胺基甲酰胺，二甲亚砜，浓硫酸水
醇类，乙醚，水，烃类,
聚丙烯酰胺
水
甲醇，丙酮
聚丙烯酸
水，稀碱类，甲醇，二噁烷，二甲胺基甲酰胺
烃类，甲醇，丙酮，乙醚
聚乙烯醇
水，二甲基甲酰胺①，二甲亚砜
烃类，甲醇，丙酮，乙醚
纤维素
含水氢氧化铜铵，含水氯化锌，含水硫氰酸钙
甲醇，丙酮
三醋酸纤维素
丙酮，三氯甲烷，二噁烷
甲醇，乙醚
甲基纤维素（三甲基）
三氯甲烷，苯
乙醇，乙醚，石油醚
羧甲基纤维素
水
甲醇
脂肪族聚脂类
三氯甲烷，甲酸，苯
甲醇，乙醚，脂肪族烃类
对苯二甲酸乙二醇酯
间甲酚，邻氯酚，硝基苯，三氯乙酸
甲醇，丙酮，脂肪族烃类
聚酰胺
甲酸，浓硫酸，二甲胺基甲酰胺，间甲酚
甲醇，乙醚，烃类
聚氨基甲酸酯类（不交联）
甲酸，γ-丁内脂，二甲胺基甲酰胺，间甲酚
甲醇，乙醚，烃类
聚氧化甲烯
γ-丁内酯①，二甲基甲酰胺①，苯甲醇①
甲醇，乙醚，脂肪族烃类
聚氧化乙烯
水，苯，二甲基甲酰胺
脂肪族烃类，乙醚
聚二甲基硅氧化烷
三氯甲烷，庚烷，苯，乙醚
甲醇，乙醇
4． 塑料的密度鉴别
塑料的品种不同，其密度也不同，可利用测定密度的方法来鉴别塑料，但此时应将发泡制品分别出来，因为发泡沫塑料的密度不是材料的真正的密度。在实际工业上，也有利用塑料的密度不同来分选塑料的。常用塑料的密度见下表：
密度/（g/cm3）
材料
密度/（g/cm3）
材料
0．80
硅橡腔（可用二氧化硅填充到1。25）
1．19~1．35
增塑聚氯乙烯（大约含有40%增塑剂）
0．83
聚甲基戊烯
1．20~1．22
聚碳酸酯（双酚A型）
0．85~0．91
聚丙烯
1．20~1．26
交联聚氨酯
0．89~0．93
高压（低密度）聚乙烯
1．26~1．28
苯酚甲醛树脂（未填充）
0．91~0．92
1-聚丁烯
1．26~1．31
聚乙烯醇
0．9~0．93
聚异丁烯
1．25~1．35
乙酸纤维素
0．92~1．00
天然橡胶
1．30~1．41
苯酚甲醛树脂（填充有机材料：纸，织物）
0．92~0．98
低压（高密度）聚乙烯
1．30~1．40
聚氟乙烯
1．01~1．04
尼龙12
1．34~1．40
赛璐珞
1．03~1．05
尼龙11
1．38~1．41
聚对苯二甲酸乙二醇酯
1．04~1．06
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）
1．38~1．50
硬质PVC
1．04~1．08
聚苯乙烯
1．41~1．43
聚氧化甲烯（聚甲醛）
1．05~1．07
聚苯醚
1．47~1．52
脲-三聚氰胺树脂（加有有机填料）
1．06~1．10
苯乙烯-丙烯腈共聚物
1．47~1．55
氯化聚氯乙烯
1．07~1．09
尼龙610
1．50~2．00
酚醛塑料和氨基塑料（加有无机填料）
1．12~1．15
尼龙6
1．70~1．80
聚偏二氟乙烯
1．13~1．16
尼龙66
1．80~2．30
聚酯和环氧树脂（加有玻璃纤维）
1．10~1．40
环氧树脂，不饱和聚酯树脂
1．86~1．88
聚偏二氯乙烯
1．14~1．17
聚丙烯腈
2．10~2．20
聚三氟-氯乙烯
1．15~1．25
乙酰丁酸纤维素
2．10~2．30
聚四氟乙烯
1．161．20
聚甲基丙烯酸甲酯
1．17~1．20
聚乙酸乙烯酯
1．18~1．24
丙酸纤维素
常用于塑料密度鉴别的溶液
溶液的种类
密度（25oc）/(g/ cm3)
配制方法
塑料（制品）种类
浮于溶液
沉入溶液
水
1
聚乙烯，聚丙烯
聚氯乙烯，聚苯乙烯
饱和食盐溶液
1．19
74ml水和26g食盐
聚苯乙烯，ABS
聚氯乙烯
58-4%的酒精溶液
0．91
100ml水和140ml95%的酒精
聚丙烯
聚乙烯
55-4的酒精溶液
0．925
100ml水和124ml95%的酒精
高压聚乙烯
低压聚乙烯
氯化钙水溶液
1．27
100g的氯化钙（工业用）和150ml水
聚苯乙烯，有机玻璃，ABS 聚乙烯
聚氯乙烯，酚醛塑料
5． 塑料的热解试验鉴别
热解试验鉴别法是在热解管中加热塑料至热解温度，然后利用石蕊试纸或pH试纸测试逸出气体的pH值来鉴别的方法。
常用塑料热解产物石蕊和pH值试纸测试结果
石蕊试纸
红
基本上无变色
蓝
pH试纸
0．5~4．0
5．0~5．5
8．0~9．5
含卤素聚合物 聚乙烯酯 纤维素酯 聚对苯二甲酸乙二酯 酚醛树脂 聚氨酯弹性体 不饱和聚酯树脂 含氟聚合物 硬纤维板 聚硫醚
聚烯烃 聚乙烯醇 聚乙烯醇缩甲醛 聚乙烯醚 苯乙烯聚合物（包括：苯乙烯-丙烯腈共聚物）② 聚甲基丙烯酸酯 聚氧化甲烯 聚碳酸酯 线形聚氨酯 酚醛树脂环 氧树脂 交联聚氨酯
聚酰胺 ABS聚合物 聚丙烯腈 酚和甲酚树脂 氨基树脂（苯胺-三聚氰胺-和脲醛树脂）
①缓慢地加热热解管②有些样品表现出微弱的碱性
燃烧性能
火焰状态
气化物气味
材料
不燃————
——————
刺激性（氢氟酸，HF）
聚硅酮 聚四氟乙烯，聚三氟氯乙烯 聚酰亚胺
阻燃，离开火焰后即熄灭
明亮，有黑烟鲜黄色，火苗边缘呈绿色，闪亮，有黑烟黄色，有灰烟，桔黄色，有蓝烟
苯酚，甲醛氨，胺，甲醛盐酸————烧焦的动物角质
酚醛树脂 氨基树脂 氯化橡胶，聚氯乙烯，聚偏二氯乙烯（无易燃增塑剂） 聚碳酸酯硅橡胶聚酰胺
在火焰中燃烧，离开火焰则缓慢熄灭或依旧燃烧
黄色，闪亮，材料分解，桔黄色，桔黄色，有黑烟，黄色，边缘呈蓝色，黄色，中心呈蓝色
苯酚，烧焦的纸有刺激性，损伤气管烧焦的橡胶新鲜芳香有刺激性（异氰酸酯）石蜡
酚醛树脂 聚乙烯醇 聚氯丁二烯 聚对苯二甲酸乙二醇酯 聚氨酯聚乙烯，聚丙烯
易引燃，离开火焰后继续燃烧
闪亮，有黑烟黄色闪亮，有黑烟深黄色，有少许黑烟深黄色，有黑烟闪亮，中心呈蓝色放出火花
有强烈刺激性苯酚芳香，天然后味乙酸烧焦橡胶芳香，水果香甲醛
聚酯树脂（玻璃纤维增强）环氧树脂（玻璃纤维增强）聚苯乙烯 聚乙酸乙烯橡胶 聚甲基丙烯酸甲酯 聚氧化甲烯
易引燃，离开火焰后继续燃烧
深黄色微弱的火花浅绿色，放出火花桔黄色明亮而强烈
乙酸和丁酸 乙酸 烧焦的纸 氮的氧化物
乙酸丁酯纤维素乙酸纤维素 纤维素 硝酸纤维素
6． 塑料的燃烧试验鉴别
燃烧试验鉴别法是利用小火燃烧塑料试样，观察塑料在火中和火外时的燃烧性，同时注意熄火后，熔融塑料的落滴形式及气味来鉴别塑料种类的方法。
7． 塑料的显色反应鉴别
通过不同的指示剂可鉴别某些塑料，在2ml热乙酸酐中溶解或悬浮几毫克试样，冷却后加入3滴50%的硫酸（由等体积的水和浓硫酸制成），立即观察显色反应，在试样放置10min后再观察试样颜色，再在水浴中将试样加热至100度，观察试样颜色。用此法可鉴别下表中的塑料。此显色反应称为Liebermann-Storch-Morawski反应
几种塑料的Liebermann-Storch-Morawski显色反应
材料
立即显色
10min后颜色
加热到100度后颜色
酚醛树脂
浅红紫-粉红色
棕色
棕-红色
聚乙烯醇
无色-淡黄色
无色-浅黄色
棕色-黑色
聚乙酸乙烯酯
无色-浅黄色
蓝灰色
棕色-黑色
氯化橡胶
黄棕色
黄棕色
浅红色-黄棕色
环氧树脂
无色到黄色
无色到黄色
无色-黄色
聚氨酯
柠檬黄
柠檬黄
棕色-绿荧光
含氯塑料有聚氯乙烯，氯化聚氯乙烯，氯化橡胶，聚氯丁二烯，聚偏二氯乙烯，聚氯乙烯混配料等，它们可通过吡啶显色反应来鉴别。见下图表。注意，试验前，试料必须经乙醚萃取，以除去增塑剂，试验方法：将经乙醚苯取过的试样溶于四氢呋喃，滤去不溶成分，加入甲醇使之沉淀，萃取后在前75度以下干燥。将干燥过的少量试样用不着1ml吡啶与之反应，过几分钟后，加入2到场滴5%氢氧化钠的甲醇溶液（1g氢氧化钠溶解于是20ml甲醇中），立即观察一下颜色，5min和1h后再分别观察一次。根据颜色即可鉴别不同的含氯塑料。
尼龙也可通过对二甲基氨基苯甲醛显色反应来鉴别。此鉴别如下：在试管中加热0。1 ~0。2g 试样，将热分解物置于小棉花塞上，在绵花上滴上浓度为14%的对二甲基氨基苯的甲醇溶液，再滴一滴浓盐酸，如为尼龙则显示枣红色。
吡啶用于含氯塑料的显色反应
材料
与吡啶和试剂溶液一起煮沸
与吡啶煮沸，冷却后加入试剂溶液
在试样中加入试剂溶液和吡啶，不加热
即刻
5min 后
即刻
5min 后
即刻
5min 后
聚氯乙烯
红-棕
血红，棕-红
血红，棕-红
红-棕，黑沉淀
红-棕
黑- 棕
氯化聚氯乙烯
血红，棕-红
棕-红
棕-红
红-棕，黑沉淀
红-棕
红-棕
对二甲基氨基苯甲醛显色反应也可用来鉴别聚碳酸酯.当显示的颜色为深蓝色时,即可知材料为聚碳酸酯.
弹性体或橡胶可用Burchfield显色反应来鉴别其种类.方法如下:在试管中加热0.5 g试样,将产生的热解气化物通入1.5ml试刘(在100ml甲醇中加入1g 对二甲基氨基苯甲醛和0。01g 对苯二酚，缓慢加热溶解后，加入5ml浓盐和10ml乙二醇)中，观察其颜色，然后，加入5ml甲醇稀释溶液，并使之沸腾 3min，再观察其颜色。不同种类弹性体或橡胶的Burchfield 显色反应结果见下表：
不同种类弹性体或橡胶的Burchfield显色反应结果
弹性体
热解蒸气与试剂接触处
在持续沸腾和加甲醇后
空白试验
淡黄色
淡黄色
天然橡胶（聚异戊二烯）
黄棕色
绿-紫-蓝色
聚丁二烯
淡绿色
蓝绿色
丁基橡胶
黄色
黄棕色至淡紫色
苯乙烯-丁二烯共聚物
黄绿色
绿色
丁二烯-丙烯腈共聚物
橙红色
红色至红棕色
聚氯丁二烯
黄绿色
淡黄绿色
硅橡胶
黄色
黄色
聚氨酯弹性体
黄色
黄色
含不饱和双键的聚合物可用Wijs溶液鉴别。溶液制备：将6~7ml纯一氯化碘溶解于1L醋酸中制得。检验时，先将材料溶解在四氯化碳或熔化的对二氯苯（熔点50oc）中，滴加Wijs溶液，如材料带有双键，则使溶液褪色。
8．其他塑料鉴别法
塑料的分子结构中有的含有除碳，氢以外的杂原子。通过杂原子的试验也可鉴别不同的塑料。按杂原子的塑料分类见下表：
塑料按所含杂原子的分类
杂原子
O,卤素
N，O
S,O
Si
N,S
N,S,P
不可皂化
可皂化
皂化值SN<200
皂化值SN>200
聚烯烃类
聚乙烯醇
天然树脂
聚乙酸乙烯及其共聚物
聚氯乙烯
聚酰胺
聚亚烃化硫
聚硅酮
硫脲缩聚物
酪素树脂
聚苯乙烯
聚乙烯醚
改性酚醛树脂
聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯
聚偏二氯乙烯
聚氨酯聚脲
硫化橡胶
聚硅氧烷
硫酰胺缩聚物
ABS、PP、PA、PC等汽车常用塑料及电镀工艺
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汽车产业不断发展壮大，对推动经济增长作出了突出贡献，但也让能源和环境问题日益严峻。研究表明，汽车轻量化可以有效降低燃油消耗和汽车排放，汽车重量每降低10%，燃油消耗可下降6%～8%，CO2排放则可降低5%～6%。
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工艺三个方面，其中轻量化材料的应用是实现汽车减重最直接的途径。塑料具有质量轻、成本低、易成型等良好的性能，特别是电镀工艺的应用使塑料具有金属外观和光泽，有效改善了塑料的装饰性、防腐性、机械强度等性能，让塑料已成为汽车轻量化进程中使用最多的非金属材料，并呈现出“以塑料代钢”的趋势。
本文介绍了车用塑料的概况，总结了ABS、PP、PA、PC等几种用量较多的塑料在汽车上的应用，并对其电镀工艺进行了阐述，旨在为车用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况
塑料是以有机合成树脂为主要组成的高分子材料，可在加热、加压条件下塑制成型。因其质量轻、成本低、易加工、表面处理多样等优良的性能，广泛应用于汽车内饰件、外饰件、结构件及功能件。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攀升。
在车用塑料中，通用塑料价格较低，使用比例超过50%，其次是工程塑料使用比例约15%，特种塑料价格较高，用量相对较少。经研究统计，用量居于前列，且适合电镀的车用塑料品种有ABS、PP、PA、PC等。
2、ABS的车用及其电镀
1.ABS在汽车上的应用
ABS是一种用途极广的热塑性工程塑料。因ABS塑料存在耐候变色性差、易燃等方面的不足，在汽车上使用时常与其他聚合物进行混合，制备出更为丰富的改性产品，如：ABS/PC、ABS/PA、ABS/PVC塑料合金等。
ABS/PC合金可以提高ABS的耐热性和拉伸强度，还可以降低PC熔体粘度，改善加工性能，减少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、外饰，车灯等有高强度、高耐热性的零部件；
ABS/PA合金具有耐翘曲性、良好的流动性、独特的亚光特性，可用于保险杠、仪表板、立柱装饰板等零部件；
ABS/PVC合金，不仅具有耐热、耐冲击的性能，还具难燃自熄性，耐化学药品性，主要用于汽车仪表盘、仪表台表皮等一些要求阻燃的零部件。
汽车方向盘部件 来源：深圳金源康
2.ABS的电镀工艺
电镀级ABS塑料，要求金属镀层与基体有良好的结合力，丁二烯的含量应控制在18%～23%。ABS塑料电镀工艺流程包括前处理、化学镀和电镀三个阶段，【了解更多‘塑料’、‘工程塑料’、‘特种塑料’、‘改性塑料’等行业知识，海量材料超级物性表、超多选材案例、降本增效方案，欢迎进入《塑库网》即可解决！】，一般的工艺主要流程为去应力→除油→粗化→六价铬还原→钯锡活化→去氢氧化锡→化学镀镍（或铜）→预镀→电镀，其中镀前表面处理最为关键。表面预处理、工艺简化、环保镀液替代等一直是研究的热点。
3、PP的车用及其电镀
1.PP在汽车上的应用
PP是一种无臭、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、电绝缘性及高强度机械性能。在原料中加入增强剂、增韧剂等，能够使得聚丙烯高分子组分与大分子结构或晶体构型发生改变而提升其综合性能。
如在PP中加入一定比例的玻璃纤维，可得到刚性和耐热性较高的玻璃纤维增强PP，常用于汽车结构件及工作温度较高的零部件，如：发动机舱的进气管、空气滤清器壳体、散热器风扇等；在PP中加入适量的滑石粉和碳酸钙，同样可以提高PP的刚度和耐热性，此改性PP常用于汽车保险杠骨架、仪表板、导流板、立柱等；在PP中加入POE或三元乙丙橡胶（EPDM）等增韧剂，可用于高档汽车的一些韧性要求较高的结构件。
汽车前格栅电镀加工 图源：深圳金源康2.PP的电镀工艺
从电镀工艺的角度，PP可分为普通型、电镀型、导电型。
普通型PP电镀尺寸精度差、粗化麻烦，在浸蚀粗化前一定要用有机溶剂进行溶胀处理，常用的有机溶剂是二甲苯。粗化后，便可按ABS塑料的敏化、活化等工艺和程序进行处理；
电镀级PP是在聚丙烯塑料中加入一定比例的ZnO、TiO2等填料，这些填料可以在化学浸蚀粗化过程中被溶解，形成粗糙表面，以提高镀层结合力。对于电镀型PP也完全可以按照ABS塑料的电镀工艺进行，只是在化学浸蚀时溶液温度要升高到70～80℃；
导电型PP是由聚丙烯中加入质量分数约为30%的石墨粉而得到，其导电性能良好，可以按照金属件工艺进行电镀。电镀级PP的研制与粗化工艺的改进，一直是PP电镀工艺研究的热点。
4、PA的车用及其电镀
1.PA在汽车上的应用
PA塑料具有良好的力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工，适于用玻璃纤维和其他填料填充增强改性。
玻璃纤维增强PA可用于发动机舱内的塑料件及发动机零部件；高耐热PA/ABS合金，用于汽车后视镜、油箱盖、挡泥板等；PA/PPE合金具有优异的耐热、强度、阻燃、导电等性能，可用于汽车中央电气盒、翼子板、大型挡板、护板等。
2.PA的电镀工艺
普通PA工件电镀前应检查应力，其方法是将工件浸入正庚烷中，若5～15s内出现裂纹则需要去除应力。有应力的工件可放入冷水中升温至沸腾，保持3h后随水缓冷，即可消除内应力。PA电镀前的预处理工艺与ABS塑料大体相同，只是粗化工艺有差异。电镀材料研制，环保及工艺改进依然是研究的热点。
汽车中控台部件 来源：深圳金源康
5、PC的车用及其电镀
1.PC在汽车上的应用
PC是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，具有冲击强度高、耐疲劳性佳、尺寸稳定性良好、透明及自由染色性好的特性。但因其抗划痕和耐磨性较差，常以塑料合金的形式用于汽车内外饰。如PC/PET、PC/PBT合金既有PC的高耐热和耐冲击性，又有聚酯的耐磨和加工性能，适合制作汽车车身构件、侧护板、汽车门框及低温冲击性能要求较高的保险杠。
2.PC的电镀工艺
PC的预处理工艺流程包括内应力检查、去应力、溶胀处理、化学浸蚀粗化。应力检查是将工件浸入质量分数为70%的丙酮的水溶液中，在室温下停放1min，观察是否出现裂纹。而去应力的方法是在烘箱中缓缓升温至110～130℃，保温2～6h后缓冷；溶胀是将工件浸入甲醇、乙醇、苯酚和乙醚等溶剂中浸渍，至表面稍微发白为止；化学浸蚀粗化可采用ABS的高硫酸型化学粗化溶液，但温度宜高一些，也可在氢氧化钠、硝酸钠、亚硝酸钠等粗化液中进行。合金材料的制备、表面预处理工艺改良是PC电镀研究的热点。
6、其他塑料的车用及其电镀
除以上四种应用较多的车用塑料外，PE、PET、POM、PPO、PVC等也广泛应用于汽车工业，【了解更多‘塑料’、‘工程塑料’、‘特种塑料’、‘改性塑料’等行业知识，海量材料超级物性表、超多选材案例、降本增效方案，欢迎进入《塑库网》即可解决！】。PE的绝缘性和化学稳定性好，易于加工，常用于汽车内护板、行李箱、油箱、护套、挡泥板等。
PET抗蠕变性、耐疲劳性、耐摩擦性、尺寸稳定性都很好，改性的PET常用于汽车倒车镜架、音响喇叭、天窗边框、顶棚等；POM强度比ABS塑料高，被誉为“超钢”或者“赛钢”，具有较好的力学性能、绝缘性、耐溶剂性和可加工性，改性POM可用于汽车动力阀、万向节轴承、把手、车窗升降装置等。
电镀门把手
PPO无毒、透明、相对密度小，具有优良的机械强度、抗蠕变性、耐热性和尺寸稳定性，PPO/PS、PPO/PA、PPO/PBT等合金常用于汽车轮毂罩、车灯壳体、保险丝盒、大型挡板、缓冲垫等；PVC电器性能好，耐酸碱、化学稳定性好，可用于汽车防撞系统、车门内饰板面料、仪表板表层及密封件等。
汽车内饰部件 图源：深圳金源康
以上塑料的电镀工艺的主要差别在前处理和粗化工序，只要与之相适应的粗化工艺，形成最佳的粗化表面，就能在其表面顺利进行敏化、活化、化学镀和电镀，在此不再赘述。
纤维增强塑料是在塑料或树脂中加入纤维状的材料和织物而成的复合材料，已成为汽车轻量化材料的重要发展方向。玻璃纤维增强塑料（GFRP），【了解更多‘塑料’、‘工程塑料’、‘特种塑料’、‘改性塑料’等行业知识，海量材料超级物性表、超多选材案例、降本增效方案，欢迎进入《塑库网》即可解决！】，也称玻璃钢，具有比强度高，耐腐蚀、电绝缘性能好，容易着色等优点，常用于汽车车身结构件、翼子板、顶盖、保险杠等。
碳纤维增强塑料具有强度高、弹性好、耐疲劳和耐磨性好等特性，多用于高档汽车的车身、底盘、轮毂等；天然纤维塑料是利用黄麻、剑麻等天然植物纤维作为增强材料，不仅性能优异而且绿色环保，可用于车门内饰板、车顶内衬、座椅靠背和仪表板等。纤维增强塑料是以塑料、树脂为基体，其电镀工艺的研究重点依然是电镀级材料的制备与电镀工艺的改进。
7、结语与展望
随着汽车轻量化技术的不断发展，塑料已然成为用量最多的轻量化非金属材料。电镀工艺的广泛应用不仅使塑料制件具有金属的外观和质感，改善了汽车零部件的美观性、舒适性，还可以提升塑料制件的力学性能、化学稳定性，丰富了塑料在汽车上的应用。
车用塑料电镀，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、纤维增强塑料以其优异的性能在汽车上的应用越来越广泛，电镀级材料的制备与电镀工艺的改进将成为塑料表面金属化技术发展的关键。
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