汽車內飾件改性聚丙烯材料表面發粘缺陷分析

孫宇雄

摘 要：內飾件的改性聚丙烯材料在光和熱作用下產生了表面發粘的現象，使用熱脫附-色質譜連用技術對發粘樣品表面進行了測試，發現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粘的缺陷。

關鍵詞：發粘；耐刮擦；熱脫附-色質譜連用技術；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

隨著聚丙稀（PP）材料改性技術的突破和日益成熟，加之其重量輕、成本低、易加工、可回收等優勢，因而被越來越廣泛地應用于汽車領域。然而聚丙稀（PP）材料在使用的過程中，尤其是內飾件，對于尖銳物品的刮擦，表面很容易出現可見的白痕，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飾件如：儀表板、門板內飾、中央通道及行李箱內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，開始在內飾件上廣泛的推廣和應用，取得了很好的效果，市場反饋結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現了。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，汽車內飾零件要求暴曬兩年不能有可見缺陷，國內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人員一起到暴曬場統一評價整車質量狀況，而意想不到的缺陷就是在這種情況下被發現的，主要是內飾件，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，幾乎所有可見的內飾件都會被發現發粘，發粘實驗主要是以手指的感觸評價，嚴重發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現了此類缺陷。

在這一系列的發粘零件中，發現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-色質譜連用技術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 測試結果

對缺陷零件的TIC圖分析如圖2所示。

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

3 結果和討論

3.1 發粘的原因

經過以上檢測手段，可以初步判定油酸酰胺是造成聚丙烯材料表面發粘的一種物質。

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

3.2 發粘物質的特性

通過對材料供應商的調查和查閱相關文獻了解到，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，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，從而降低表面刮痕的可見度，這樣就起到了耐刮擦的作用。

通過實驗我們發現油酸酰胺有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，經過光照輻射后還會產生發粘和發黃，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現過：單一的油酸酰胺經過熱存放和光照輻射后會變成黃色液狀物產生粘性。

通過進一步的實驗發現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，但在暴曬實驗時發現粘性更嚴重，而且能更早的發現發粘。

3.3 發粘缺陷的改進

既然發現了聚丙烯材料發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，發現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，材料表面也不會發粘。其結構的示意圖如圖5所示。

經過實驗室驗證合格的零件在后續經過兩年的整車暴曬實驗中，沒有發現表面發粘，取樣對暴曬后的零件進行表面分析，也沒有發現有添加劑滲出。最終可以得出結論：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，再也沒有有關整車暴曬和表面發粘的抱怨。

4 結 語

①通過熱脫附-色質譜連用技術對發粘缺陷零件表面的分析，發現了材料中的耐刮擦助劑油酸酰胺是引起材料發粘的主要原因。

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粘。

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