聚碳酸酯（PC）有机玻璃的性能及其在轻量化车窗上应用的研究
时间：2020-12-29 20:07:24 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：聚碳酸酯（PC）以其独特的光学性能和优异的机械性能、质轻、设计自由度高等特性已经替代传统无机玻璃广泛应用于诸多车型的角窗、固定天窗等部位。本文制备了一款车型的PC有机玻璃后角窗，依据ECE R43标准对其光学性能、机械性能以及环境性能进行测试。试验结果表明，PC有机玻璃后角窗各项性能均满足或高于法规要求，并且较采用传统无机玻璃单车减重36.7%。此外，PC有机玻璃优异的抗冲击性能对乘员安全和行人保护具有重大意义。
关键字：PC有机玻璃；轻量化；光学性能；机械性能；环境性能
中图分类号：U462 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2018）17-143-04
Abstract： Polycarbonate （PC） with its unique characteristic of mechanical properties， light weight， design freedom features， are instead of traditional inorganic glass and widely used in many areas of automobile. In this paper， a PC organic glass of angle window was prepared， and tested the optical properties， mechanical properties and environmental properties， according to the standard of ECE R43. The results showed that all the performances of PC angle window achieved the requirements of laws and regulations. Meanwhile， comparing to traditional inorganic glasses， PC organic glasses can reduce more than 36.7% of weight. In addition， the excellent impact resistance of PC organic glass had a significant effect on occupant safety and pedestrian protection.
KeywordS： PC organic glass； Lightweight； Optical properties； Mechanical properties； Environmental performance
CLC NO.： U462 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-143-04
前言
聚碳酸酯（PC）以其独特的光学特性和优异的耐热性、耐低温性、抗冲击性和质轻等特性[1]，正在对无机玻璃的传统地位进行挑战，逐渐成为汽车轻量化车窗理想的首选材料。1998年PC有机玻璃在Smart的全景天窗上首次问世，此后在多款车型车窗上得以量产应用，如Mercedes A/B/C/GL- class， Audi R8 GT， Porsche GT3RS， Citroen GS5， Honda Civic， Fiat 500L，Toyota Prius等。
欧美及日本PC玻璃的生产方式为双色注塑及淋涂硬化，模具开发难度大，成本高，周期长，良率低，故此生产方式的必然结果即高昂的模具费和高的成品单价[2，3]。因此，PC有机玻璃一直无法在国内汽车市场广泛应用。不过近年来，国内几家PC车窗生产企业在吸取欧美及日本生产经验的基础上，结合国内行业状况及自身优势，已经能够自主开发出低成本，高性价比并可满足车窗使用要求的PC有机玻璃。
传统的无机玻璃分为钢化玻璃和夹层玻璃（PVB膜）两类，而PC有机玻璃则由涂层和PC基材构成（图1）。与无机玻璃相比，PC有机玻璃具有以下优势 [4，5]：（1）设计自由度高，功能整合；（2）韧性好，抗冲击性能优异；（3）PC比重：玻璃比重=1.2：2.5，减重效果明显；（4）隔音效果优异，可有效阻隔由风等产生的高频噪声；（5）可回收，循环利用，环保。但是，PC有机玻璃在耐候性、耐磨性、抗UV性能以及刚度方面差于无机玻璃，需要依赖涂层技术得以改善和提升。
汽车车窗玻璃是重要的安全部件之一，因此作为汽车车窗玻璃的PC材质应满足相应的法规要求。目前，随着汽车技术的发展，各地法规的陆续健全，统计全球玻璃法规见表1。
根据欧美和日本的法规，考虑到事故逃生的整车安全需求，PC有机玻璃不能应用于前风挡玻璃；后角窗、后风挡玻璃窗、层叠式天窗固定部分和全景天窗是目前PC有机玻璃主要应用的部位[6]，应用实例列举见图2。
本文以某车型的后固定角窗为研究对象，由乙盛精密工业股份有限公司制备了PC有机玻璃后角窗并对其应用于汽车车窗的相关性能要求按照ECER 43标准进行检测，以验证PC有机玻璃在轻量化车窗上应用的可行性和突出优势。
1 PC车窗玻璃的制备及性能检测
1.1 PC有机玻璃后角窗制备工艺
根据某车型后角窗的3D数据（图3）制备PC有机玻璃后角窗，零件外形近似尺寸544mm×203.5mm×29.5mm，评估后设计PC基材厚度为4mm。
PC有机玻璃后角窗制備主要分为PC有机玻璃工艺和包边注塑工艺，具体流程如图4：
该车型的左、右后角窗采用无机钢化玻璃制备成型的重量为2.85kg；采用PC材质制备成型的重量只有1.803kg，较无机玻璃方案减重36.7%。
