汽车内饰件改性聚丙烯材料表面发粘缺陷分析

孙宇雄

摘 要：内饰件的改性聚丙烯材料在光和热作用下产生了表面发粘的现象，使用热脱附-色质谱连用技术对发粘样品表面进行了测试，发现了油酸酰胺类的添加剂，其主要起到耐刮擦作用。在使用了新型的硅氧烷基团+锚基团的耐刮擦助剂后，彻底改善了材料表面发粘的缺陷。

关键词：发粘；耐刮擦；热脱附-色质谱连用技术；油酸酰胺类添加剂

中图分类号：TQ325.14 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）03-0014-02

1 背景概述

随着聚丙稀（PP）材料改性技术的突破和日益成熟，加之其重量轻、成本低、易加工、可回收等优势，因而被越来越广泛地应用于汽车领域。然而聚丙稀（PP）材料在使用的过程中，尤其是内饰件，对于尖锐物品的刮擦，表面很容易出现可见的白痕，尤其是深颜色零件，严重影响外观，而这种缺陷对于汽车主要内饰件如：仪表板、门板内饰、中央通道及行李箱内饰等在使用过程中引起的抱怨比例是很高的。在上世纪末和本世纪初，有整车厂联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，同时制定了评价的标准，开始在内饰件上广泛的推广和应用，取得了很好的效果，市场反馈结果是大大改善了用户的抱怨和反应的情况。

解决了聚丙烯材料的耐刮擦性能，使其在汽车内饰件中的应用前景更为广阔，但是一个意想不到的缺陷在整车暴晒试验时被发现了。整车暴晒实验是各大整车厂选择在南非的卡拉哈里（Kalahali）或美国的亚利桑那（Arizona），进行干热及高阳光辐射条件下的开放型气候暴晒，汽车内饰零件要求暴晒两年不能有可见缺陷，国内目前大部分主机厂选择在海南岛的湿热气候下进行。两年内试验场有专人每周进行评价和记录，每年夏天，也就是在气温最高，太阳辐射最强烈时整车厂还会组织相关人员一起到暴晒场统一评价整车质量状况，而意想不到的缺陷就是在这种情况下被发现的，主要是内饰件，如仪表板、门板上装、中央通道、ABCD柱和后窗框等阳光能直接照射到的内饰件表面有粘手的感觉，而且随着暴晒时间的增加，抱怨零件的范围越来越广，几乎所有可见的内饰件都会被发现发粘，发粘实验主要是以手指的感触评价，严重发粘的零件表面有油状或雾状的东西渗出，用手接触后零件表面会留下明显的手指印，如图1所示。后来在海南暴晒场也发现了此类缺陷。

在这一系列的发粘零件中，发现都是使用聚丙烯材料的注塑件。那么这些缺陷零件表面到底是什么东西呢？到底是什么原因引起使用聚丙烯材料的零件表面发粘呢？会不会是聚丙烯材料的共性问题呢？

通过使用热脱附-色质谱连用技术对正常样品和暴晒缺陷样品进行了对比测试。

2 实验部分

2.1 取样方法

用玻璃棉蘸取正己烷在缺陷表面刮擦，直至表面溢出物质完全溶解在正己烷中，再放入样品管中用氮气吹干。

2.2 测试设备

热脱附设备TDS：

Unity from Markes Co

色质连用设备GC-MS：

Trace GC+ultra DSQ from Finnigan

2.3 测试条件

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 测试结果

对缺陷零件的TIC图分析如图2所示。

再经搜索，发现保留时间为37.17 min及43.00 min的峰均代表油酸酰胺，如图3、图4所示，且不发粘材料的表面溢出物中并未检测出该物质，而油酸酰胺是造成聚丙烯材料表面发粘的一种物质。

3 结果和讨论

3.1 发粘的原因

经过以上检测手段，可以初步判定油酸酰胺是造成聚丙烯材料表面发粘的一种物质。

那么油酸酰胺到底是一种什么物质？它加入聚丙烯材料中起到什么作用？为什么会引起发粘呢？

3.2 发粘物质的特性

通过对材料供应商的调查和查阅相关文献了解到，油酸酰胺又可称芥酸酰胺，是一种爽滑剂，是一种白色晶体状物质，其加入到聚丙烯中的主要作用就是起到降低表面摩擦系数，从而降低表面刮痕的可见度，这样就起到了耐刮擦的作用。

通过实验我们发现油酸酰胺有2个明显的缺陷：首先，在高温存放条件下（一般温度超过90 ℃，时间超过24 h），在表面会形成高浓度积聚带来胶粘性。

另外，经过光照辐射后还会产生发粘和发黄，这对浅颜色的制品比较明显，这些缺陷在材料认可试验中都被发现过：单一的油酸酰胺经过热存放和光照辐射后会变成黄色液状物产生粘性。

通过进一步的实验发现油酸酰胺的耐刮擦助剂，随着用量的增加，其耐刮擦效果更好，但在暴晒实验时发现粘性更严重，而且能更早的发现发粘。

3.3 发粘缺陷的改进

既然发现了聚丙烯材料发粘缺陷是其中油酸酰胺的耐刮擦助剂所致，那么要改进这种缺陷，首先必须选择一种不会因为光和热的作用而从材料中析出的助剂，助剂本身又需具备耐刮擦的效果，通过和材料供应商以及助剂供应商的合作，筛选了多种耐刮擦助剂，并运用锚基团的原理，在助剂分子链末端加上锚基团，使其能牢牢的均匀的渗在基材中，不会因为长期光和热的作用造成锚基团的断裂，可以起到长期耐刮擦的效果。

通过多轮的试制和实验验证，发现以新型的硅氧烷基团（也可以称硅酮类基团）+锚基团为代表的耐刮擦助剂能够满足材料耐刮擦的要求，材料表面也不会发粘。其结构的示意图如图5所示。

经过实验室验证合格的零件在后续经过两年的整车暴晒实验中，没有发现表面发粘，取样对暴晒后的零件进行表面分析，也没有发现有添加剂渗出。最终可以得出结论：即以新型的硅氧烷基团（也可以称硅酮类基团）+锚基团为代表的耐刮擦助剂即能够满足聚丙烯材料长期耐刮擦的要求，长期使用材料表面也不会发粘，所以可以称为这种材料叫做防粘聚丙烯材料。在投入市场应用的多年时间里，再也没有有关整车暴晒和表面发粘的抱怨。

4 结 语

①通过热脱附-色质谱连用技术对发粘缺陷零件表面的分析，发现了材料中的耐刮擦助剂油酸酰胺是引起材料发粘的主要原因。

②新型的硅氧烷基团（也可以称硅酮类基团）+锚基团为代表的耐刮擦助剂即能够满足材料耐刮擦的要求，也不会引起材料表面发粘。

参考文献：

[1] 宋卓颐，史勤芳，房双宽.塑料原料与助剂[M].北京：科学技术文献出版社，2011.

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