高韧性与高刚度的“钢化塑料”真的有那么神？

继低发散汽车内饰塑料塑可净?之后，上海锦湖日丽塑料有限公司(以下简称“锦湖日丽”)经潜心研发，于2015年初推出一款主打安全特性的纳米结构塑料合金，并形象地将其定义为“钢化塑料”。此该产品能更好地保护人体，显著提高车辆的安全性。

目前，轻量化是汽车行业发展的重要课题，相关研究数据显示，汽车车身自重约消耗70%的燃油，若整车质量减轻10%，燃油效率可提高6%~8%;汽车整车质量每减轻100kg，其每行驶100km可节省0.3~0.6L燃油。换言之，广泛采用轻量化技术，能使汽车在拥有高效动力的同时兼具杰出的燃油经济性。

业内专家指出，汽车轻量化可从设计轻量化、采用轻质材料替代钢铁、改进制造工艺和提高现有材料强度以减少材料重量四个方面实现。其中，用轻质材料替代钢铁、提高车用塑料的使用比例是降低整车成本及其自身重量的关键环节。据美国化学工业学会的研究资料显示，目前汽车内的塑料零部件总重量还不及汽车总重量的10%，基于此，“以塑代钢”的概念在汽车行业广为流传。

但是，在大力倡导“以塑代钢”理念的同时，塑料的安全性却受到了质疑。工程塑料在静态或受到低速外力作用的情况下，能体现出良好的韧性;但在高速撞击时，其拉伸模量急剧提高，材料刚性明显增强，同时其拉伸断裂伸长率也迅速下降，材料表现为脆性，这种情况为驾驶者的安全埋下了一定的隐患。

那么如何妥善解决这一问题?作为PC/ABS技术的领先企业，锦湖日丽集合了多名来自中国、日本和韩国的材料专家，通过潜心研究，成功开发出新一代PC/ABS，这是一种被称为“钢化塑料”的超级合金。

此材料的开发基于怎样的原理?事实上，聚合物的宏观性能不仅依赖于它的化学结构和分子链结构，还与材料的微观相态结构密切相关。通过对聚合物多相体系的相态结构进行设计与控制，可显著改善材料性能。

因此，如何通过材料配方和挤出工艺设计来控制高分子合金的形态结构、从而大幅提升其性能成为了车用塑料领域一项重要的研究课题。

锦湖日丽聘请的日本科学家经研究发现，当PC/ABS合金的相态达到纳米尺寸分散、双连续相分布时，PC/ABS在高速撞击力下，会展现出与橡胶相媲美的延展性。换言之，可以通过精细控制相态，开发出一种兼具工程塑料高结构强度，又能在高速撞击下，拥有与硫化橡胶一样高韧性的超级聚合物合金。

通过10000多次的实验，并经过权威机构检测，锦湖日丽的研究人员发现，无论是在相态结构方面还是性能表现，“钢化塑料”与普通塑料都存在明显不同。

首先，在相态结构上：“钢化塑料”具有纳米尺度分散、类似双连续相结构分布;而普通PC/ABS合金为典型的海-岛结构，ABS相以微米级尺寸分散在PC基体中。

其次，在性能方面，“钢化塑料”表现出特殊的高分子粘弹性特性：

1.特殊的应力-应变行为：随着拉伸速度的提高，普通PC/ABS合金的拉伸模量增加，断裂伸长率减小;而“钢化塑料”与之相反，拉伸模量减小，断裂伸长率提高;

2.低温面冲击性能优异：普通PC/ABS合金的低温面冲击性能表现为脆性破坏，裂纹扩展明显;而“钢化塑料”则表现为韧性破坏，银纹化明显。

总体而言，“钢化塑料”在一定受力范围内，不仅具有比钢铁更好的缓释吸收能量的性能，其被破坏时也不会同普通的工程塑料一样产生尖锐的碎片，因而可以更好地保护人体。

纵观国内外发展趋势，不难判断，未来的塑料行业将延伸至建筑、包装材料、家电及汽车等日常生活的方方面面。而随着汽车轻量化技术、行人保护安全吸能技术、人体防护技术和3D打印技术的广泛应用，“钢化塑料”将迎来更好的发展机遇。例如，采用“钢化塑料”制成的汽车内、外饰件，会在碰撞能量吸收技术中发挥重要作用，大大提高汽车的安全性;“钢化塑料”制成的运动器材，可以更好地保护人体的骨骼，当关节在受到撞击时，可使冲击力迅速得到缓冲。“钢化塑料”未来的发展，将会带给人们更多的惊喜！

责任编辑：Kris