塑料如何同时实现UV耐性和低温韧性？

简答

UV 耐性和低温韧性可以在塑料中共存，但它们必须设计为一种配方系统，而不是两种单独的添加剂。 UV抗性需要光稳定剂、UV吸收剂、抗氧化剂、颜料稳定性和表面老化控制。低温韧性需要正确的基础树脂、抗冲改性剂、弹性体相、橡胶相控制、结晶控制和实际零件验证。

主要难点是交互。一些抗冲改性剂可改善冷冲击性，但会降低耐热性、耐候稳定性、表面硬度或长期外观。一些颜料、阻燃剂和填料可以改善颜色、硬度或安全性，但会降低韧性。 A实用材料必须在日光老化、冬季储存、温度循环和实际模制件应力后保持性能。

余姚德宇德宇塑料通过平衡树脂、稳定剂包、增韧体系、颜色、填料含量和加工稳定性，开发出耐DGK UV低温增韧材料。现有相关产品方向包括 DGK-ABS R165UV UV 耐ABS🔍, DGK-ABS NDW140U 耐低温气候 ABS🔍，DGK-PP 66D抗冲改性低温PP和DGK-ASA FR801UV阻燃UV耐ASA。

为什么UV耐寒性和耐寒性越来越需要同时使用

许多塑料制品不再仅在室内或室温下使用。它们可能会受到夏季阳光的照射，冬季的寒冷影响，户外储存、运输、雨淋、温度循环和长期风化。

常见的例子包括：

• 户外电气外壳
• 汽车外饰和内饰部件
• 充电桩零部件
• 户外装备罩
• 太阳能设备配件
• 冷链物流零部件
• 园林工具和冬季用具
• 交通设施及建筑配件
• 农业设备零部件

在这些应用中，仅使用 UV 电阻是不够的。 A 材料可以在阳光下抵抗褪色，但在冬天仍然会开裂。仅有低温韧性也是不够的。 A 材料可以承受 -20 C 的冲击，但在 UV 老化后，其表面可能会变脆、泛黄、破裂或粉化。

真正的要求是综合性能：

• 抵抗阳光老化
• 保持颜色和表面质量
• 在寒冷条件下保持冲击强度
• 避免户外老化后脆裂
• 耐受温度循环
• 保持可塑性和成本效益

这就是为什么UV抗性和低温韧性必须一起开发。

1. UV 塑料中的电阻是什么？

UV 耐性是指塑料材料抵抗紫外线、氧气、热、湿气和户外暴露引起的降解的能力。

当塑料长时间暴露在 UV 光下时，聚合物链可能会降解。这可能会导致：

• 泛黄
• 褪色
• 表面粉化
• 光泽损失
• 微裂纹
• 脆化
• 冲击强度降低
• 伸长率损失
• 表面粉化
• 使用寿命缩短

对于工程塑料来说，UV老化不仅仅是外观问题。它还会降低机械可靠性。 A部分一开始看起来还可以，但在户外暴露后可能会变脆。螺丝凸台、夹子、薄壁角和焊缝在老化后可能更容易破裂。

UV耐塑料开发通常涉及：

• UV吸收器
• HALS光稳定剂
• 抗氧化剂
• 耐候颜料
• 炭黑或选定的颜色系统
• 基础树脂选择
• 加工稳定性控制
• 表面防护设计

良好的耐UV配方应同时考虑外观保留和机械性能保留。

2. 什么是塑料的低温韧性？

低温韧性是塑料材料在寒冷条件下抵抗脆裂的能力。

在低温下，聚合物链的运动变得更加受限。许多塑料变得更硬，延展性更差，并且在冲击下更容易破裂。

典型的低温失效模式包括：

• 冬季运输时房屋开裂
• 冷装配过程中夹子断裂
• 螺钉凸台拧紧后开裂
• 卡扣配合失去灵活性
• 室外部件存放后变脆
• 冷链集装箱在跌落测试中破裂
• 汽车零部件未通过低温冲击测试

低温钢化通常包括：

• 选择更坚韧的基础树脂
• 使用抗冲共聚物体系
• 添加合适的弹性体
• 优化橡胶相结构
• 控制 PP 中的结晶
• 减少脆性填料
• 提高焊缝强度
• 验证实际部分影响

低温韧性不应仅通过标准试棒来判断。实际零件经常在薄壁、肋、浇口、螺丝凸台、拐角和焊缝处失效。

3. 为什么UV的电阻和低温韧性很难结合

3.1 抗冲改性剂可能影响耐候稳定性

低温增韧常使用弹性体、橡胶相或柔性改性剂。这些系统有助于吸收低温下的冲击能量。

然而，一些增韧系统可能对 UV 老化或氧化更敏感。如果它们没有受到合适的稳定包的保护，则材料在户外暴露后可能会失去韧性。

可能的问题包括表面发白、光泽降低、泛黄、橡胶相老化、UV 暴露后冲击强度损失以及表面微裂纹。选择抗冲改性剂不仅要考虑冷冲击性，还要考虑长期的耐候兼容性。

3.2 UV 稳定剂单独无法解决冷脆问题

添加 UV 吸收剂或光稳定剂有助于减少光老化，但它们不会自动提高耐冷冲击性。

材料可能具有良好的 UV 老化性能，但如果基础树脂和增韧系统不合适，则在 -20 C 或 -30 C 时仍会变脆。 UV的耐性和耐寒性需要两种不同的机制：UV系统可防止阳光老化，而增韧系统可防止低温脆性破坏。

3.3 填料和增强材料会增加脆性

许多户外材料含有玻璃纤维、矿物填料、滑石粉、碳酸钙、阻燃剂或彩色颜料。这些添加剂可以改善刚度、成本、耐热性、阻燃性或外观，但它们也可能降低低温冲击强度。

例如，玻璃纤维可提高刚度，但可能会削弱熔接线。滑石粉填充的 PP 提高了刚性，但可以减少冷冲击。阻燃剂可能会降低韧性。高颜料含量可能会影响冲击性能。炭黑可提高 UV 耐受性，但会改变颜色并可能影响配方平衡。

3.4 颜色稳定性和韧性必须平衡

户外塑料制品通常需要特定的颜色。然而，颜料会影响UV的稳定性和热老化。

黑色材料通常更容易稳定，因为炭黑可以提供强大的 UV 保护，但黑色并不总是可以接受的。白色、灰色、蓝色、绿色、橙色和定制颜色需要仔细选择颜料。有些颜料可能会褪色、变黄或与稳定剂相互作用。同时，为了实现颜色而添加过多的颜料或填料可能会影响低温韧性。

4.技术路线1：基础树脂选择

第一步是选择正确的基础树脂。

PP

PP 重量轻、经济高效且耐化学腐蚀。标准均聚物 PP 的低温冲击性能可能较差。对于UV+耐寒PP，抗冲共聚物PP或弹性体改性PP通常更合适。

合适的方向包括耐UV抗冲共聚物PP、PP + POE低温增韧系统、UV稳定户外PP、具有低温平衡的滑石粉填充PP以及用于户外部件的彩色耐UV PP。

ABS

ABS具有良好的冲击强度、外观和加工性能。标准 ABS 可能不足以满足室外 UV 暴露和寒冷环境。

合适的方向包括UV稳定ABS、高抗冲ABS、低温增韧ABS、耐候ABS以及需要时的ABS/ASA或PC/ABS合金路线。

PC/ABS

PC/ABS适用于要求较好冲击强度、耐热性和结构性能的零件。它经常用于外壳和电气元件。

适合的方向有UV耐PC/ABS、低温冲击PC/ABS、阻燃耐候PC/ABS及户外电气外壳材料。

PA6 / PA66

尼龙具有良好的强度和耐热性，但必须仔细评估吸湿性和低温韧性。

合适的方向包括 UV 稳定 PA6/PA66、冲击改性 PA、具有冷冲击平衡的玻璃纤维增​​强 PA 和室外结构 PA 改性材料。

TPU / TPE

TPU和TPE具有柔韧性和耐寒性优势。对于户外应用，UV 稳定性和耐水解性可能很重要。

5.技术路线 2：UV稳定包

A UV 稳定包通常包含不止一种添加剂。目标是减少阳光伤害并保持颜色、表面和机械性能。

常见的设计方向包括：

• UV吸收器
• HALS光稳定剂
• 抗氧化剂
• 加工稳定剂
• 耐候颜料
• 黑色户外材料用炭黑
• 抗黄变系统
• 表面老化控制

稳定剂包必须与树脂和增韧系统相匹配。 PP 需要防止氧化和 UV 断链。 ABS需要橡胶相和颜色稳定性的保护。如果需要，PC/ABS 需要在 PC 稳定性、ABS 相老化和阻燃兼容性之间取得平衡。 PA 需要针对热、UV 和与湿气相关的性能变化提供保护。

较差的 UV 封装可能会通过初始老化，但在长时间暴露或温度循环后会失效。

6.技术路线3：低温增韧系统

低温增韧体系必须根据基础树脂来选择。

对于PP，常见途径包括抗冲共聚物PP、POE增韧、EPDM增韧、控制结晶和平衡滑石粉或填料含量。主要关注点是冷冲击、刚度保持、流动性、翘曲控制和 UV 稳定剂兼容性。

对于ABS，常见的路线包括高橡胶ABS、MBS或丙烯酸抗冲改性、橡胶相优化以及ABS/PC或PC/ABS合金设计。主要关注的是低温冲击、表面光泽、颜色稳定性、UV耐老化性和耐热性。

对于PA，常见的路线包括尼龙抗冲改性剂、橡胶增韧、玻璃纤维平衡、调湿评估和冷冲击保留。主要关注的是强度、冲击韧性、吸湿性、尺寸稳定性、UV老化和热老化。

7.技术路线4：色彩和颜料系统

对于户外UV+耐寒材料来说，颜色不仅仅是视觉上的。这是性能的一部分。

良好的颜色体系应考虑颜料UV的稳定性、热稳定性、树脂相容性、与稳定剂的相互作用、对韧性的影响、批次一致性、表面光泽和老化后颜色变化。

黑色材料通常更容易抵抗 UV，因为炭黑提供强大的 UV 屏蔽。适用于户外结构件、工业覆盖件、汽车零部件和功能部件。

白色、灰色和浅色更具挑战性。它们需要仔细的颜料选择和抗黄变设计。还必须检查低温韧性，因为颜料和填料系统可能会影响冲击强度。

橙色、蓝色、绿色、红色和黄色等鲜艳的颜色常用于警示部件、户外工具和产品标识。这些颜色需要耐候颜料和真实的老化验证。

8.技术路线5：实物验证

通过标准测试的 材料在实际零件中可能仍会失败。 UV抗性和低温韧性应一起验证。

推荐的评估方向包括：

• UV 低温冲击前老化
• 户外老化后低温冲击
• UV曝光后色差
• 保光性
• 表面裂纹检查
• 冷态调节后的螺丝凸台测试
• 冷藏后卡扣装配
• 目标温度下的跌落测试
• 热循环测试
• 老化后焊缝影响
• 尽可能真实的户外暴露

关键是组合测试。 A材料可以分别通过UV老化和低温冲击，但在UV老化和低温冲击后失效。对于户外材料，顺序很重要。

9.应用前景

户外电气和电子外壳

户外电气外壳必须能抵抗阳光、雨淋、灰尘和冬季寒冷。 UV+低温材料可用于控制箱、传感器外壳、通讯设备外壳、充电设备外壳、户外开关外壳和工业监控设备。

未来的要求包括更好的保色性、阻燃性、ESD性能、薄壁韧性和更长的户外使用寿命。 DEYU可以为这些应用开发UV耐冷增韧PC/ABS、ABS、PP和PA材料。

充电桩及新能源设备

充电桩、电池周边部件、太阳能设备和室外储能系统都暴露在阳光和冬季温度变化的影响下。

材料要求包括UV耐性、低温冲击性、阻燃性、尺寸稳定性、颜色稳定性、电气安全性和耐候性。潜在材料包括UV阻燃PC/ABS、耐候PP、抗冲改性PA和UV稳定工程塑料。

汽车外饰和内饰部件

汽车零部件必须能够承受阳光、温度循环、低温冲击并具有较长的使用寿命。

可能的应用包括外饰、后视镜外壳、电池盖、传感器支架、内部出风口部件、发动机罩下盖、功能夹和紧固件。材料要求包括UV耐老化性、冷冲击保持性、低翘曲性、尺寸稳定性、耐热性和外观稳定性。

寒冷地区户外用品

用于北方地区、高海拔地区或冬季户外环境的产品既需要耐阳光照射，又需要耐寒韧性。

应用范围包括雪地设备配件、户外工具外壳、园林工具部件、交通警示部件、建筑配件、农业设备罩和寒冷地区电器部件。这些产品经常因户外暴露后冬季脆化而失效。

物流、仓储和冷链组件

冷链箱、运输托盘、储存箱和物流部件在运输过程中可能会受到室外光线和低温的影响。

材料要求包括耐低温跌落、储存期间的 UV 耐受性、冲击韧性、尺寸稳定性、成本控制和可回收性（如果需要）。 PP 通常是一个很好的基础，但它需要选择抗冲共聚物、弹性体增韧和 UV 稳定性。

10. DEYU DGK UV + 低温材料平台

余姚德宇德宇塑料提供定制DGK UV耐低温增韧材料解决方案。

DEYU可以支持：

• DGK-PP UV耐寒系列
• DGK-ABS UV低温增韧系列
• DGK-PC/ABS耐候冷增韧系列
• DGK-PA UV抗冲改性系列
• DGK-POM户外稳定系列
• DGK-TPU UV耐寒系列
• DGK-TPE耐候柔性系列
• 阻燃UV耐寒材料
• 有色UV耐低温材料
• 户外 ESD 和适用的耐候材料

可定制的因素包括基础树脂、UV稳定剂包、抗冲改性剂、弹性体系统、橡胶相、颜料系统、炭黑含量、填料含量、阻燃性、表面光泽、颜色稳定性、低温冲击目标、加工流动性、零件厚度和应用环境。

为了开发合适的材料，DEYU建议客户提供目标树脂、产品应用、户外暴露条件、目标低温、冲击测试方法、UV老化要求、颜色要求、零件厚度、成型工艺、阻燃要求、ESD或导电率要求、当前材料、失效模式、样品零件或图纸以及验收标准。

结论

UV抗性和低温韧性可以在塑料中共存，但不能通过简单地单独添加UV剂和抗冲改性剂来实现。正确的解决方案需要完整的配方体系。

UV 耐受性可保护材料免受日光老化、褪色、表面开裂、光泽损失和机械降解。低温韧性可保护零件在寒冷条件下避免脆裂、跌落失效、螺丝凸台开裂和卡扣断裂。当这两个要求同时出现时，基础树脂、增韧体系、UV稳定剂包、颜料、填料、加工和零件结构都必须达到平衡。

余姚德宇德宇塑料可为PP、ABS、PC/ABS、PA、POM、TPU、TPE等体系开发耐DGK UV低温增韧材料。未来应用领域将拓展到户外电器外壳、充电桩、新能源装备、汽车零部件、冷链物流、寒地产品、智能户外设备、工业零部件等领域。

成功的UV+耐寒塑料不仅可以单独承受阳光或寒冷的冲击。在真实的户外老化和冬季使用条件下，应保持外观、韧性、尺寸稳定性、成型可靠性和使用性能。