汽車內(nèi)飾件改性聚丙烯材料表面發(fā)粘缺陷分析

孫宇雄

摘 要：內(nèi)飾件的改性聚丙烯材料在光和熱作用下產(chǎn)生了表面發(fā)粘的現(xiàn)象，使用熱脫附-色質(zhì)譜連用技術(shù)對發(fā)粘樣品表面進行了測試，發(fā)現(xiàn)了油酸酰胺類的添加劑，其主要起到耐刮擦作用。在使用了新型的硅氧烷基團+錨基團的耐刮擦助劑后，徹底改善了材料表面發(fā)粘的缺陷。

關(guān)鍵詞：發(fā)粘；耐刮擦；熱脫附-色質(zhì)譜連用技術(shù)；油酸酰胺類添加劑

中圖分類號：TQ325.14 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）03-0014-02

1 背景概述

隨著聚丙?。≒P）材料改性技術(shù)的突破和日益成熟，加之其重量輕、成本低、易加工、可回收等優(yōu)勢，因而被越來越廣泛地應用于汽車領(lǐng)域。然而聚丙?。≒P）材料在使用的過程中，尤其是內(nèi)飾件，對于尖銳物品的刮擦，表面很容易出現(xiàn)可見的白痕，尤其是深顏色零件，嚴重影響外觀，而這種缺陷對于汽車主要內(nèi)飾件如：儀表板、門板內(nèi)飾、中央通道及行李箱內(nèi)飾等在使用過程中引起的抱怨比例是很高的。在上世紀末和本世紀初，有整車廠聯(lián)合世界上主要的聚丙烯改性材料公司，研究并改善了耐刮擦性能，同時制定了評價的標準，開始在內(nèi)飾件上廣泛的推廣和應用，取得了很好的效果，市場反饋結(jié)果是大大改善了用戶的抱怨和反應的情況。

解決了聚丙烯材料的耐刮擦性能，使其在汽車內(nèi)飾件中的應用前景更為廣闊，但是一個意想不到的缺陷在整車暴曬試驗時被發(fā)現(xiàn)了。整車暴曬實驗是各大整車廠選擇在南非的卡拉哈里（Kalahali）或美國的亞利桑那（Arizona），進行干熱及高陽光輻射條件下的開放型氣候暴曬，汽車內(nèi)飾零件要求暴曬兩年不能有可見缺陷，國內(nèi)目前大部分主機廠選擇在海南島的濕熱氣候下進行。兩年內(nèi)試驗場有專人每周進行評價和記錄，每年夏天，也就是在氣溫最高，太陽輻射最強烈時整車廠還會組織相關(guān)人員一起到暴曬場統(tǒng)一評價整車質(zhì)量狀況，而意想不到的缺陷就是在這種情況下被發(fā)現(xiàn)的，主要是內(nèi)飾件，如儀表板、門板上裝、中央通道、ABCD柱和后窗框等陽光能直接照射到的內(nèi)飾件表面有粘手的感覺，而且隨著暴曬時間的增加，抱怨零件的范圍越來越廣，幾乎所有可見的內(nèi)飾件都會被發(fā)現(xiàn)發(fā)粘，發(fā)粘實驗主要是以手指的感觸評價，嚴重發(fā)粘的零件表面有油狀或霧狀的東西滲出，用手接觸后零件表面會留下明顯的手指印，如圖1所示。后來在海南暴曬場也發(fā)現(xiàn)了此類缺陷。

在這一系列的發(fā)粘零件中，發(fā)現(xiàn)都是使用聚丙烯材料的注塑件。那么這些缺陷零件表面到底是什么東西呢？到底是什么原因引起使用聚丙烯材料的零件表面發(fā)粘呢？會不會是聚丙烯材料的共性問題呢？

通過使用熱脫附-色質(zhì)譜連用技術(shù)對正常樣品和暴曬缺陷樣品進行了對比測試。

2 實驗部分

2.1 取樣方法

用玻璃棉蘸取正己烷在缺陷表面刮擦，直至表面溢出物質(zhì)完全溶解在正己烷中，再放入樣品管中用氮氣吹干。

2.2 測試設備

熱脫附設備TDS：

Unity from Markes Co

色質(zhì)連用設備GC-MS：

Trace GC+ultra DSQ from Finnigan

2.3 測試條件

TD：Tube Desorb Temperate：250 ℃ for 30 min

GC：Column：DB-10 60 mX0.25 mmX1.0 μm

Oven Temperature：

First step 50 ℃ for 10min Second step 5 ℃/min

Third step 300 ℃ for 10min

MS：TIC

2.4 測試結(jié)果

對缺陷零件的TIC圖分析如圖2所示。

再經(jīng)搜索，發(fā)現(xiàn)保留時間為37.17 min及43.00 min的峰均代表油酸酰胺，如圖3、圖4所示，且不發(fā)粘材料的表面溢出物中并未檢測出該物質(zhì)，而油酸酰胺是造成聚丙烯材料表面發(fā)粘的一種物質(zhì)。

3 結(jié)果和討論

3.1 發(fā)粘的原因

經(jīng)過以上檢測手段，可以初步判定油酸酰胺是造成聚丙烯材料表面發(fā)粘的一種物質(zhì)。

那么油酸酰胺到底是一種什么物質(zhì)？它加入聚丙烯材料中起到什么作用？為什么會引起發(fā)粘呢？

3.2 發(fā)粘物質(zhì)的特性

通過對材料供應商的調(diào)查和查閱相關(guān)文獻了解到，油酸酰胺又可稱芥酸酰胺，是一種爽滑劑，是一種白色晶體狀物質(zhì)，其加入到聚丙烯中的主要作用就是起到降低表面摩擦系數(shù)，從而降低表面刮痕的可見度，這樣就起到了耐刮擦的作用。

通過實驗我們發(fā)現(xiàn)油酸酰胺有2個明顯的缺陷：首先，在高溫存放條件下（一般溫度超過90 ℃，時間超過24 h），在表面會形成高濃度積聚帶來膠粘性。

另外，經(jīng)過光照輻射后還會產(chǎn)生發(fā)粘和發(fā)黃，這對淺顏色的制品比較明顯，這些缺陷在材料認可試驗中都被發(fā)現(xiàn)過：單一的油酸酰胺經(jīng)過熱存放和光照輻射后會變成黃色液狀物產(chǎn)生粘性。

通過進一步的實驗發(fā)現(xiàn)油酸酰胺的耐刮擦助劑，隨著用量的增加，其耐刮擦效果更好，但在暴曬實驗時發(fā)現(xiàn)粘性更嚴重，而且能更早的發(fā)現(xiàn)發(fā)粘。

3.3 發(fā)粘缺陷的改進

既然發(fā)現(xiàn)了聚丙烯材料發(fā)粘缺陷是其中油酸酰胺的耐刮擦助劑所致，那么要改進這種缺陷，首先必須選擇一種不會因為光和熱的作用而從材料中析出的助劑，助劑本身又需具備耐刮擦的效果，通過和材料供應商以及助劑供應商的合作，篩選了多種耐刮擦助劑，并運用錨基團的原理，在助劑分子鏈末端加上錨基團，使其能牢牢的均勻的滲在基材中，不會因為長期光和熱的作用造成錨基團的斷裂，可以起到長期耐刮擦的效果。

通過多輪的試制和實驗驗證，發(fā)現(xiàn)以新型的硅氧烷基團（也可以稱硅酮類基團）+錨基團為代表的耐刮擦助劑能夠滿足材料耐刮擦的要求，材料表面也不會發(fā)粘。其結(jié)構(gòu)的示意圖如圖5所示。

經(jīng)過實驗室驗證合格的零件在后續(xù)經(jīng)過兩年的整車暴曬實驗中，沒有發(fā)現(xiàn)表面發(fā)粘，取樣對暴曬后的零件進行表面分析，也沒有發(fā)現(xiàn)有添加劑滲出。最終可以得出結(jié)論：即以新型的硅氧烷基團（也可以稱硅酮類基團）+錨基團為代表的耐刮擦助劑即能夠滿足聚丙烯材料長期耐刮擦的要求，長期使用材料表面也不會發(fā)粘，所以可以稱為這種材料叫做防粘聚丙烯材料。在投入市場應用的多年時間里，再也沒有有關(guān)整車暴曬和表面發(fā)粘的抱怨。

4 結(jié) 語

①通過熱脫附-色質(zhì)譜連用技術(shù)對發(fā)粘缺陷零件表面的分析，發(fā)現(xiàn)了材料中的耐刮擦助劑油酸酰胺是引起材料發(fā)粘的主要原因。

②新型的硅氧烷基團（也可以稱硅酮類基團）+錨基團為代表的耐刮擦助劑即能夠滿足材料耐刮擦的要求，也不會引起材料表面發(fā)粘。

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