Введение. Прогресс в области технологии получения изделий из пластмасс и успехи химии открывают сегодня новые возможности для автомобилестроения. Анализ перспектив использования в моделях современных автомобилей новых материалов показывает, что  доля полимерных материалов составляет  от 50 до 75 % от массы автомобиля [1]. Интенсивное внедрение пластмасс объясняется ценными физико-механическими свойствами и простой технологией переработки [2]. В последнее  время широкое применение в автомобилестроении  получили смесевые полимерные материалы. Преимуществами таких материалов являются высокая ударная вязкость: большая, чем у металлов и сплавов, а так же стойкость против камней и щебня, что способствует повышению долговечности и улучшению эксплуатационных характеристик автомобиля. Кроме того, пластмассовые изделия обладают большей стойкостью против коррозии. Поэтому замена металлических деталей и узлов на пластмассовые является одним из перспективных направлений в отечественном и зарубежном автомобилестроении [3]. В настоящее время для производства деталей внутренней облицовки используются дорогостоящие импортные полимерные материалы, например. В зарубежном машиностроении широкое применение нашли такие смесевые композиции как PROLOY (ф. «Borg Werner»; США), ZICOLOY (ф. «Mobay»; США), NORILI (ф. «GEP»; США), BAYBLEND (ф. «Bayer»; Германия). Перечисленные материалы используются при производстве деталей интерьера и экстерьера автомобилей таких фирм, как «Дженерал Моторс» (США), «Фиат» (Италия), «Тойота» (Япония) и т. д. [4] Для производства перспективных автомобилей ВАЗ применяются следующие  импортные смесевые  композиции: NORIL и BAYBLEND.  NORIL и BAYBLEND представляют собой композиционные материалы, состоящие из полифениленоксида и полиамида, и АБС-пластика и поликарбоната, соответственно [5]. Материалы обладают хорошими физико-механическими и технологическими свойствами, могут применяться для производства решеток радиатора, облицовки наружного зеркала, стойки багажника и других деталей автомобиля. Недостатком, сдерживающим применение данных материалов, является необходимость закупки по импорту и, соответственно, высокая стоимость [6]. Цель данной работы заключается в разработке материала из отечественного сырья, который по комплексу свойств являлся бы аналогом материала BAYBLEND марки KV2-1473. Замена импортного сырья на отечественное позволит существенно снизить себестоимость перспективных моделей автомобилей.Материалы и методы. В качестве основы смесевой композиции использовали  АБС-пластик марки 2020-30 и поликарбонат марки ПК-3С. В состав композиции добавляли модификатор ОКД и термостабилизатор. Состав полученной композиции в процентном соотношении представлен в таблице 1. Композиционный материал получали путем смешения необходимых компонентов на лабораторном  двухчервячном смесительном экструдере  c последующим гранулированием.  Таблица 1Состав полученной смеси, % N п/пНаименование компонентаСодержание, %1АБС-пластик68,82Поликарбонат29,483Модификатор ОКД0,984Термостабилизатор0,74 В модельном составе содержание поликарбоната составляет 70 %. В связи с тем, что поликарбонат является импортным материалом, считается целесообразным с целью снижения стоимости состава уменьшить его долю в композиционном материале. При этом получить состав со свойствами удовлетворяющими основным показателям требований ТУ. Содержание АБС-пластика изменяли от 0 до 100 %. Температура массы по зонам цилиндра 260–280 °С, число оборотов шнека от 100 до 300 об/мин. Для определения физико-механических, теплофизических и технологических свойств полученных композиций отливали стандартные образцы на литьевой машине МиниТПА100. Были отлиты стандартные образцы типа «лопаточка» по ГОСТ 11262-80 размером 150×10×4 мм для испытаний на растяжение; образец в форме бруска размером 80×10×4 мм для испытаний на ударную вязкость по Шарпи, образец по ГОСТ 15065-69 для определения температуры размягчения по Вика.Основная часть. В условиях жесткой конкуренции на мировом рынке автомобилей и возрастающими потребительскими требованиями необходимо освоение и внедрение новых конструкционных пластмасс. Проблема создания новых полимерных материалов ведется   в трех  направлениях [7]: Синтез новых полимеров с заданными свойствами.Оптимизация технологических режимов процесса формования изделий, а также выбор оптимальной конструкции изделий для конкретных условий эксплуатации.Физико-механическая модификация, включая комбинирование различных полимеров, а также наполнение и пластификацию.Анализ развития этих направлений показывает, что по первому направлению существует много трудностей, заключающихся в поиске исходных мономеров и способов синтеза новых полимеров, а также в организации новых производств, что требует больших материальных затрат [8]. В связи с этим два последних направления наиболее целесообразны. Причем второе направление имеет определенные недостатки вследствие ограничений возможности регулирования параметров при конструировании изделий и их оформлении [9]. Поэтому возможность рационального использования и улучшения свойств полимерных композиционных материалов путем комбинирования традиционных полимеров  имеет принципиально приоритетное значение [10].К числу наиболее распространенных в автомобилестроении отечественных материалов относятся АБС-пластик, полиамиды и полипропилен.АБС-пластик применяется в качестве обивочного материала для изготовления деталей салона, окон и других.  Некоторые марки АБС-пластика применяются для наружных деталей (решетка радиатора, облицовка стойки окна) [11].Однако, из-за недостаточной теплостойкости и атмосферостойкости АБС-пластик более широкого применения не находит. Перспективы применения данного материала связываются в основном с его использованием в составе смесей с другими полимерами, такими как ПВХ, поликарбонат и т. д. [12]Полиамиды представляют собой гетероцепные полимеры линейного строения, содержащие в основной цепи амидные группы [13].Главными преимуществами полиамидов являются механическая прочность, хорошие электроизоляционные и антифрикционные свойства, стойкость к маслам и органическим растворителям. Детали из полиамида выдерживают нагрузки близкие к нагрузкам, допустимым для цветных металлов и сплавов [14]. По износостойкости детали из данного материала значительно превосходят фторопласт, полиформальдегид и поликарбонат. Однако, в отличие от других материалов, полиамид обладает несколько большей способностью к влагопоглощению, при этом после кондиционирования образцов во влажной атмосфере ухудшаются ударопрочные характеристики материала, что наблюдается и при отрицательных температурах [15]. Поэтому использование полиамида в чистом виде для изготовления конструкций, работающих во влажных условиях и при отрицательных температурах, ограничено. Для повышения качества полиамида необходима его модификация [16]. В настоящее время лидером среди пластиков, применяемых в автомобилестроении, благодаря хорошо сбалансированным физическим свойствам и низкой цене является полипропилен [17].Полипропилен является универсальным недорогим материалом для автомобильных деталей, обладающих рядом ценных свойств:-высокой химической стойкостью;-отсутствием влагопоглощения;-высокой кристалличностью и жесткостью;-низкой плотностью.Все эти качества являются следствием его химической природы, из которой вытекает и ряд проблем, связанных c его использованием: низкая стойкость к царапанию, плохая окраска и адгезия к полярным компонентам, высокая усадка [18].В настоящее время накоплен значительный опыт по преодолению этих проблем (т. е. модификации полипропилена), позволяющий широко использовать данный материал для изготовления деталей системы отопления автомобиля, бамперов и других деталей экстерьера, облицовочных и крупногабаритных деталей салона автомобилей и изделий технического назначения [19].Из сказанного выше следует, что отечественные полимерные материалы обладают рядом недостатков, которые ограничивают применение данных материалов в чистом виде. Поэтому для производства конкурентоспособных автомобилей семейства ВАЗ необходима разработка нового смесевого материала [20]. Разрабатываемый материал должен обладать высокими ударопрочными, технологическими и теплофизическими свойствами, а также иметь широкую область применения. Кроме того, новая смесевая композиция должна заменить импортные смесевые композиции или содержать минимальное количество импортных составляющих композиции, что значительно снизит себестоимость изделий и, соответственно, автомобиля [21].Для изготовления деталей интерьера автомобиля, таких как каркас панели приборов, облицовка порога, должны применяться материалы, обладающие высокой ударопрочностью.Из всех многочисленных показателей, принятых для оценки качества полимеров, основными являются прочность и теплостойкость. Корпус автомобиля испытывает большие нагрузки за счет градиента между температурой внутри салона и температурой окружающей среды, поэтому материал должен быть стойким к таким видам воздействия. Кроме того, детали автомобиля не должны разрушаться при высоких ударных и динамических нагрузках. Следовательно, выбор материала обуславливает его соответствие указанным показателям.Для изготовления каркаса панели приборов, облицовки порога для перспективных автомобилей ВАЗ используются материалы со следующими показателями свойств (табл. 2) Таблица 2Характеристики материалов, используемых для перспективных автомобилей ВАЗ N п/пСвойствоЗначение1ПТР, г/10 мин9–182Ϭt не менее50 МПа3Ϭр не менее45 МПа4εр не менее50 %5a к образца с надрезом при 23 °С не менее 30 кДж/м26Тв95–180 °С В настоящее время для производства подобных деталей в зарубежном и отечественном автомобилестроении используются материалы NORIL и BAYBLEND. NORIL IN120 отличается высокой прочностью при растяжении 54 МПа, высокой теплостойкостью по Вика 215 °С, однако материал имеет невысокую ударную вязкость по Шарпи 15 кДж/м2, у образца с надрезом, что вынуждает к поиску материала с более высокими ударопрочностными свойствами.В отличие от NORIL IN120 материал BAYBLEND полностью отвечает предьявляемым требованиям и по своим показателям соответствует условиям работы рассматриваемых изделий.  Материал обладает хорошими прочностными свойствами: Ϭt составляет 58 МПа. Ударная вязкость по Шарпи  удовлетворяет требованиям, предъявляемым к материалам, предназначенным для изготовления каркаса панели приборов, облицовки порога и соответствует 35 кДж/м2, температура размягчения по Вика 140 °С.Были получены композиции поликарбоната с АБС-пластиком марки 1106-30. АБС-пластик данной марки имеет состав (массовые доли):- полибутадиеновый каучук  – 22;- нитрилакриловой кислоты – 20,6;- стирол – 57,4;- ионол – 0,4.Все полученные композиции независимо от условий получения и количества вводимого модификатора АБС-пластика имели хрупкий характер разрушения, вероятно за счет большого содержания стирола в АБС 1106-30.Повышение ударопрочности достигается за счет каучука. С целью определения содержания каучука в импортных материалах такого типа была выполнена расшифровка этих материалов. При этом определялось соотношение акрилонитрильной, бутадиеновой и стирольной фаз. Результаты приведены в таблице 3. Таблица 3Состав полимеров АБС в импортном и отечественном смесевом материале ПК/АБСN п/пОбразецСостав в соотношенииакрилонитрилбутадиенстирол160 % ПК+40 %АБС1115,92BAYBLEND Т45М14,521,33BAYBLEND Т85М12,614,24BAYBLEND KV2-147314,116,2 Из таблицы 3 видно, что сополимеры АБС, вводимые в поликарбонат, отличаются более высоким содержанием каучука. Это означает, что для создания смесевых материалов на основе поликарбоната применяются специальные марки АБС. При том, чем меньше содержится поликарбоната, тем больше каучука содержит вводимый АБС-пластик.Отечественные марки АБС содержат от 1 до 26 % каучуковой фазы. На основании выполненных исследований была разработана специальная марка АБС, в которой содержание каучука (полибутадиена) заложено на уровне 70–80 %, т. е. в 3-4 раза выше, чем у выпускаемых марок. В качестве модельного состава для последующего подбора марки АБС-пластика и поликарбоната использовался состав 30 % АБС и 40 % ПК.Большое значение для переработки термопластов имеет термостабильность расплавов. Термостабильность оценивается временем, в течение которого индекс расплава изменяется на15 % от первоначального. При изучении импортных материалов установлено, что период термостабильности этих материалов более 40 минут [22]. Для смесей, изготовленных с применением отечественных марок АБС, термостабильность составляет 16–20 минут.По результатам проведенных исследований была разработана смесь на основе ПК и АБС 2020-30. При разработке смесевого материала большое значение имеет и правильный выбор марки поликарбоната. Для этого были приготовлены и испытаны смеси с содержанием поликарбоната следующих марок: ПК-2С; ПК-3С; Lexan; ПК-2Н; ПК-4.Результаты испытаний приведены в таблице 4. По данным таблицы 4 можно сделать вывод, что для производства композиционного материала АБС/ПК наиболее пригодной является марка ПК-4. Однако, ПК-2С и ПК-3С по стоимости наиболее доступны. Таблица 4Свойства композиций на основе ПК и 30 % АБС 2020-30N п/пПоказательМарка ПКнорма по ТУПК-2СПК-3СLexanПК-2НПК-41Показатель текучести расплава при 260 °С и Р=5 кг, г/10 минНе менее 912141314,4152Предел текучести при растяжении, МПаБолее 5054605361623Относительное удлинение при разрыве, %Более 5096555450534Ударная вязкость по Шарпи, кДж/м2, v-надрез при 22 °С3045353034375Теплостойкость по Вика, °СБолее 130137137136135133 При использовании ПК-2С у смесевой композиции наблюдается максимальное значение ударной вязкости. Показатель текучести расплава у смеси на основе ПК-3С выше, чем у композиции на основе ПК-2С. Кроме того, ПК-3С превосходит ПК-2С по критериям оценки, поэтому для получения композиционного материала АБC/ПК следует применять поликарбонат марки ПК-3С.Таким образом, установлено, что для получения материала, применяемого для изготовления каркаса панели приборов и облицовки порога и обладающего свойствами, аналогичными свойствам BAYBLEND, следует использовать АБС-пластик марки 2020-30 и поликарбонат марки ПК-3С. Сравнительный анализ композиции смесевого материала ПК/30 % АБС с импортным аналогом представлен в таблице 5. Таблица 5Сравнение композиции смесевого материала ПК/30 % АБС с импортным аналогомNп/пПоказатель свойствНорма по ТУОтечественный АБС/ПКБайблендKV2-1473ЧерныйСерый1ПТР при Т=260 °С,  Р=5 кг, г/10 мин9–181013,7132Предел текучести при растяжении, МПаБолее 505555583Разрушающее напряжение при растяжении, МПаНе менее 454645454Относительное удлинение при разрыве, %Более 505356565Ударная вязкость по Шарпи, кДж/м2,образец с надрезом при 20 °С303333356Температура размягчения по Вика, °С95–180139138136 Как показывают данные таблицы 5, полученный композиционный материал по своим свойствам не уступает импортному аналогу и соответствует требованиям, предъявляемым к материалам, предназначенным для производства каркаса панели приборов и облицовки порога. Получен качественный материал, но с меньшей стоимостью. Организация производства данной композиции целесообразна даже при закупке поликарбоната по импорту.Композиционный материал получали путем смешения необходимых компонентов на лабораторном  двухчервячном смесительном экструдере  c последующим гранулированием (табл. 6).  Таблица 6Состав композиционного материала, %N п/пНаименование компонентаСодержание, %1АБС-пластик68,82Поликарбонат29,483Модификатор ОКД0,984Термостабилизатор0,74 В модельном составе содержание поликарбоната составляет 70 %. В связи с тем, что поликарбонат является импортным материалом, считается целесообразным с целью снижения стоимости состава уменьшить его долю в композиционном материале. При этом получить состав со свойствами удовлетворяющими основным показателям требований ТУ. Содержание АБС-пластика изменяли от 0 до 100 %. Температура массы по зонам цилиндра 260–280 °С, число оборотов шнека от 100 до 300 об/мин.Для определения физико-механических, теплофизических и технологических свойств полученных композиций отливали стандартные образцы на литьевой машине МиниТПА100.Были отлиты стандартные образцы типа «лопаточка» по ГОСТ 11262-80 размером 150×10×4 мм для испытаний на растяжение; образец в форме бруска размером 80×10×4 мм для испытаний на ударную вязкость по Шарпи, образец по ГОСТ 15065-69 для определения температуры размягчения по Вика.По результатам испытаний десяти образцов рассчитывалось среднее значение показателя свойства. Результаты испытаний приведены в таблице 7.Выводы. На основании полученных экспериментальных данных можно сделать вывод, что увеличение содержания АБС-пластика приводит к увеличению показателя текучести расплава от 1,3 до 13,0 г/10 мин. Максимальное значение данного показателя наблюдается у композиции, содержащей 70 % АБС 2020-30.Как показали испытания по ГОСТ полученных образцов, задача уменьшения содержания поликарбоната в двойной смеси была успешно решена. Получен материал, содержащий лишь30 % импортного  ПК-3С и 70 % АБС-пластика 2020-30. Таблица 7Свойства смеси АБС/ПК в зависимости от содержания АБС 2020-30N п/пНаименование показателяСодержание АБС 2020-30, %05204060701001Показатель текучести расплава при Т=260 °С, Р=5 кг, г/10 мин1,3–3,78,09,213,05,02Предел текучести при растяжении, МПа605955504556403Разрушающее напряжение при растяжении, МПа615146443947364Относительное удлинение при разрыве, %12090738466542,55Ударная вязкость по Шарпи, кДж/м2, образец с надрезом при 20 °С242434302225166Температура размягчения по Вика, °С15214814213913713697 Одновременно проводились исследования по возможности введения в состав композиции в процессе экструзии добавки в виде олигокарбомида (ОКД) в количестве 1 %.  Было установлено, что в композиции АБС/30 % ПК ударная вязкость по Шарпи у образца с надрезом при23 °С увеличивается с 25 кДж/м2 до 35 кДж/м2. Теплостойкость по Вика при этом остается на прежнем уровне.Таким образом, при использовании добавки ОКД (1 %) смесевая композиция, содержащая70 % АБС-пластика, полностью соответствует требованиям, предъявляемым к разрабатываемому материалу, и может применяться для производства деталей интерьера перспективных автомобилей ВАЗ. Кроме того, достаточно высокие ударопрочностные свойства данной композиции позволяют применять ее и  для производства некоторых деталей экстерьера.