汽車非金屬內外飾材料環境老化研究

范瓊，付漭，馬建峰，徐超

（1.安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 2300601；2.安利材料科技股份有限公司，安徽 合肥 230000）

汽車非金屬內外飾材料環境老化研究

范瓊1，付漭2，馬建峰1，徐超1

（1.安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 2300601；2.安利材料科技股份有限公司，安徽 合肥 230000）

汽車內、外飾零部件產品種類眾多，由于材料本身分子結構存在一些弱點，在環境（光、熱、雨水和氧氣等）因素作用下，不可避免地會產生老化現象。文章介紹了汽車環境老化試驗，總結了整車自然暴曬試驗溫度區域分布規律及常見汽車非金屬材料環境老化失效外觀變化種類，并針對常見汽車非金屬內外飾件及用材主要失效模式及原因進行了分析，提出預防和改進措施。

非金屬材料；內外飾；環境老化

CLC NO.:U463.83Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)02-193-03

引言

由于汽車在使用過程中會不可避免地遭遇環境，受到環境作用的影響，如同其他工業產品，汽車的使用性能會隨著時間的推移逐步降低，材料、零部件、汽車整車逐步老化。

氣候老化(主要指光老化)由光、熱、水等環境氣候因素引起的老化（圖1）。

圖1 汽車環境老化示意圖

目前，我國在汽車內外飾材料的人工加速氣候老化試驗標準方面還較為欠缺：一是我國的汽車工業起步較晚，對于內外飾材料的老化研究還不夠；二是目前我國還是以配套加工為主，自主研發較少，對于內外飾材料的人工加速氣候老化試驗主要還是采用外國汽車廠商的標準。

表1 自然氣候老化與人工老化試驗對比

1、自然暴曬試驗結果評價

1.1 溫度分布

圖2是某車型海南自然曝露時主要部件溫度統計值（環境溫度25-39℃），溫度分布區域統計見表2。

圖2 某車型海南自然曝露時主要部件溫度統計值（環境溫度25-39℃）

表2 自然暴曬試驗溫度區域分布

1.2 耐候測試后外觀狀態的評價

耐候測試后，材料可能出現不同模式的失效，伴隨不同的外觀變化，常見的外觀變化有幾種狀態，如圖3所示。

圖3 常見氣候老化外觀變化狀態

2、汽車內外飾件主要失效模式及原因分析

汽車用內外飾件材料以高分子材料（塑料、橡膠、膠粘劑、織物等）為主，內外飾件的環境老化問題主要就是高分子材料的老化問題，對內外飾件環境老化問題分析從根本上來說就是高分子的老化分析。

2.1 高分子材料的老化

高分子材料的老化是指高分子材料在儲存和使用過程中，由于內外因素的綜合作用，逐漸失去原有一些性質，使性能劣化的現象。根據老化原因，高分子材料主要有以下一些老化情況：

①光老化：日光是導致高分子材料老化的主要因素，尤其是使用在室外的高分子材料。在光的作用下，高分子化合物由于吸收光能而發生光化學反應，使化學鍵破壞。光波波長越短，能量越高，對化學鍵的破壞能力也就越強。

②熱老化：熱的作用不僅能使共價鍵斷裂，導致大分子裂解，也能使大分子間產生交聯，還能加速高分子化合物氧化，從而使高分子材料發生熱老化。

③氧化：許多高分子材料被大氣中的氧或臭氧所氧化，致使高分子鏈斷裂而發生氧化型老化。高分子材料被氧化的程度與高分子化合物的化學結構有關，也與氧或臭氧在高分子材料中的擴散與吸收的速度有關。一般情況下，具有不飽和碳鏈的高分子化合物比具有飽和碳鏈的高分子化合物容易老化；構造疏松的高分子材料比構造緊密的高分子材料容易老化。

④侵蝕：一般高分子材料抗侵蝕能力都比較強，但也有一些高分子材料在一定條件下會受到侵蝕。高分子材料所受到的侵蝕有化學侵蝕和生物侵蝕。高分子材料受到某些化學物質作用時，高分子鏈產生化學變化，而使性能變劣；一些微生物在一定溫度和一定濕度條件下，會使某些高分子材料霉變，發生降解反應，導致老化。

高分子材料的光老化過程的初期老化緩慢，人眼不易觀察到，老化初期主要是聚合物吸收紫外光，產生高分子自由基，隨后以自由基鏈式機理，直接或通過氧作用發生降解，交聯反應，并伴隨有羥基，烴基等降解產物生成；老化后期，由于大量羧基，羥基等生色基團增加了對紫外光的吸收，加速老化進程，以致產生進一步的降解、交聯，使高分子材料變色、龜裂、力學和物理性能下降。

2.2 高分子材料老化實例分析

2.2.1 ABS變形分析

變形的主要原因在于ABS材料出現了問題，而ABS注塑加工過程影響不是很大，可能的原因如下：

a）ABS原料問題。聚合時丁二烯(三種成分中最便宜得)含量過多，導致玻璃化溫度降低，或者是三種物質聚合時分子量不夠大。由于分子量小，玻璃化溫度低，但流動性好，還有材料中添加的增塑劑也會使熱變形溫度降低；

b）回用料的添加。就是報廢的ABS料被打碎和原料混合來做新模具，因為ABS被打碎，所以很多高分子被打斷，而平均分子量會降低，注塑時的流動性會很好，很容易加工，也能增加材料的韌性，但是分子量低了材料的性能會降低，其中硬度、缺口強度、玻璃化溫度都會變低，同時也會出現色差。

2.2.2 高溫老化激發的主要失效

高溫對公司材料激發的主要失效如下（首先變形是完全不能發生的）：

ABS：主要激發自動氧化，由于試驗箱內光線弱，對光氧化激發不大，呈現為變色；

PC：激發效果不大，激發少量熱裂解，由于箱內濕度不大對水解激發不大，同時對光氧化激發也不大，呈現為變色；

PMMA：激發少量熱裂解；

橡膠：激發自動氧化，少量光氧化和熱裂解，對交聯有一些影響；

硅膠：相對穩定，激發少，可能會造成一些脫水。

3、預防和改進措施

3.1 內、外飾零件耐老化的技術要求

汽車內、外飾零件設計人員應掌握必要的材料老化知識，對零部件老化性能進行合理的定義，避免因提出過低或過高的要求而導致質量問題或成本浪費。比如，地毯因陽光照射很少，老化要求就不用定義很高。應考慮零件在整車上所處的位置(接受陽光照射的情況)，而不能僅考慮材料本身的老化性能。

3.2 內、外飾材料的選擇

根據內、外飾零件老化性能要求，選擇合適的材料，當然同時要綜合考慮零件的其他各項功能性要求。對于一些可滿足各項功能性要求、而耐老化性能不足的材料，可以對材料配方進行微調，加入～些光穩定劑之類的助劑，這些技術目前都已經比較成熟。

3.3 耐老化性能的充分驗證

需要對內、外飾零件的耐老化性能進行充分的驗證、評價，否則會存在較大的質量風險。首先，測試方法很重要，要選取合適的測試條件，以更好地反映、貼近實際的使用狀態。其次，考察要全面，不僅要對材料進行耐老化測試，還要對零部件以及整車進行耐候性測試和評價。第3，采取綜合的試驗方式，不僅要進行室內的加速老化測試，還要開展戶外曝曬試驗，用戶外曝曬試驗結果校正室內加速試驗方法的結果。

3.4 生產過程的質量監控

即使通過了相關的老化測試，也不表示該零件今后就不會出現問題了，還需要通過加強產品過程質量控制，保證材料和生產工藝等不發生變化，從而使產品質量保持穩定。

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Research on the Environment Aging of Non-metallic Materials in Automotive Interior and Exterior Trim

Fan Qiong1, Fu Mang2, Ma Jianfeng1, Xu Chao1
( 1.Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601; 2.Anhui Anli Material Technology Co. Ltd., Anhui Hefei 230000 )

Automotive interior and exterior trim have many types of products. As there are some disadvantages in the molecular structure of the material itself, in the environment tests which have light, heat, water and oxygen, etc. factors, they will inevitably produce aging. This article describes the automotive environment aging test, summed up the vehicle area of natural exposure test temperature distribution and common appearance change of aging failure types of non-metallic materials during automotive environmental tests. In this paper, the main reasons of the failure, methods of prevention and improvement are also discussed.

Non-metallic materials; interior and exterior trim; aging

U463.83

A

1671-7988(2017)02-193-03

范瓊，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.066