崔文兵 李志通 高夢鸞 尹晶晶 魏元生

(長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定， 071000)

工業(yè)技術(shù)

微發(fā)泡技術(shù)對聚丙烯注塑產(chǎn)品中VOC含量影響

崔文兵 李志通 高夢鸞 尹晶晶 魏元生

(長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定， 071000)

通過微發(fā)泡技術(shù)制備了聚丙烯(PP)注塑產(chǎn)品，用氣質(zhì)聯(lián)用(GC-MS)及高效液相色譜(HPLC)對產(chǎn)品中揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)進(jìn)行分析，考察了微發(fā)泡技術(shù)引起的工藝變化對PP注塑產(chǎn)品中VOC含量的影響。結(jié)果表明：在一定注射溫度范圍內(nèi)，加工溫度對PP注塑產(chǎn)品VOC含量影響無明顯規(guī)律；但是背壓升高使VOC含量全面升高；減重并未使VOC含量全面降低，微發(fā)泡技術(shù)一定程度上使VOC中苯類物質(zhì)含量升高，醛類物質(zhì)含量降低。

聚丙烯 微發(fā)泡技術(shù) 揮發(fā)性有機(jī)物 加工溫度 背壓

微發(fā)泡技術(shù)最早是由美國麻省理工學(xué)院提出的概念并發(fā)展了相應(yīng)的注射成型技術(shù)，Trexel公司將微發(fā)泡技術(shù)商品化并大力發(fā)展。其主要原理是將SCF(超臨界流體)溶于聚合物熔體中，在注入模具過程中,由于壓力的劇烈變化，在聚合物熔體中，產(chǎn)生大量氣泡核，氣泡核隨著氣體的滲入而進(jìn)一步長大，最終隨著熔體溫度的降低而被定型，形成微孔發(fā)泡制品[1]。由于微發(fā)泡技術(shù)能夠在滿足汽車相關(guān)性能需求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)減重，并且能夠有效改善塑料產(chǎn)品的翹曲及縮痕現(xiàn)象，而在汽車上獲得越來越廣泛的應(yīng)用[2]。

汽車內(nèi)飾中常溫下易于揮發(fā)的有機(jī)揮發(fā)物多達(dá)160多種以上，其中危害較大的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛等，隨著汽車行業(yè)法規(guī)的完善及人們對自身健康的重視，揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)含量愈加受到人們關(guān)注[3]。但是關(guān)于微發(fā)泡技術(shù)對產(chǎn)品VOC含量影響的研究鮮有報(bào)道。下面主要以三元乙丙橡膠增韌含滑石粉20%的聚丙烯(PP)改性材料(PP+EPDM-T20)為基礎(chǔ)，分別研究由微發(fā)泡技術(shù)引起的重量、加工溫度、背壓條件變化對PP改性材料中VOC含量的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原料及儀器設(shè)備

PP+EPDM-T20，C3322T-GD GWP9001 CB1580，上海普利特復(fù)合材料有限公司。

能譜儀，GENESIS APEX2，美國伊達(dá)克斯有限公司；高效液相色譜，Ultimate 3000，氣質(zhì)聯(lián)用儀，ISO/TRACEGCULTRA，均為賽默飛世爾科技(中國)有限公司;改裝注塑機(jī)，MA2500Ⅱ/1000mcf，寧波海天塑機(jī)集團(tuán)有限公司。

1.2 試樣制備及測試

將PP+EPDM-T20在90 ℃干燥箱中烘干6 h使用。微發(fā)泡試樣的制備采用欠注法來控制產(chǎn)品的減重比，氣體流量為0.45 kg/h。

VOC含量測試采用每種規(guī)格使用多個(gè)同批次樣件一起測試來提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的方法，使用100 L采樣袋。具體測試方法為將測試樣品置于密閉氮?dú)庵?，在?guī)定溫度下加熱2 h，采集一定體積氣體樣品捕集VOC，利用氣質(zhì)聯(lián)用及高效液相色譜對VOC含量進(jìn)行定性、定量分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 PP注塑產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)分析

圖1是普通PP注塑產(chǎn)品斷面微觀結(jié)構(gòu)(放大200倍)。圖2是減重10%微發(fā)泡產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)(放大200倍)。從圖2可以看出，微發(fā)泡產(chǎn)品孔徑大小分布在20～50 μm，氣孔大小及位置分布較為均勻，符合預(yù)期結(jié)果。

2.2 不同加工溫度對VOC含量影響

表1和表2是在不同溫度條件下，普通PP注塑與微發(fā)泡10%減重PP注塑產(chǎn)品中VOC含量的測試結(jié)果。

*TVOC為揮發(fā)性有機(jī)物總量。

從表1及表2可以看出，對于VOC中的苯類物質(zhì)、TVOC及醛類物質(zhì)(未檢測出丙烯醛)，在此次試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，2種工藝條件揮發(fā)物質(zhì)含量隨著溫度改變無明顯的規(guī)律。在實(shí)際注射成型過程中，發(fā)現(xiàn)在185～235 ℃隨著溫度的降低，對普通PP注塑過程有一定影響；而對微發(fā)泡技術(shù)影響較小，其能夠在185 ℃條件下正常注射成型。

2.3 背壓對VOC含量影響

表3是背壓對微發(fā)泡10%減重PP注塑產(chǎn)品中VOC含量的影響。從表3中可以看出，隨著背壓的升高，各項(xiàng)有機(jī)揮發(fā)物含量均有所升高。這是因?yàn)楸硥旱纳呔哂袎毫π?yīng)及溫升效應(yīng)[4]，高溫高壓的環(huán)境加快了熔體中PP材料及助劑的氧化分解。

2.4 不同減重對VOC含量影響

表4是用常規(guī)注塑及微發(fā)泡技術(shù)5%,10%,15% 3種減重配比下PP產(chǎn)品中VOC含量測試數(shù)據(jù)。從表4中可以看出，微發(fā)泡技術(shù)制備的產(chǎn)品VOC含量相比常規(guī)注塑變化很大。隨著減重比例的增加苯類物質(zhì)含量呈上升趨勢；醛類物質(zhì)方面，微發(fā)泡產(chǎn)品相比普通產(chǎn)品均有降低，但無明顯的趨勢；微發(fā)泡產(chǎn)品TVOC含量相比普通產(chǎn)品降低明顯，但隨著減重比例的升高而升高。這可能是由于微發(fā)泡工藝有助于PP及相關(guān)助劑的氧化分解，但是隨著減重比例的增加，氣孔總體積增加而存儲更多有機(jī)揮發(fā)性物質(zhì)，而各有機(jī)揮發(fā)性物質(zhì)與PP間分子作用力不同，導(dǎo)致最終在測試過程中出現(xiàn)表4所示結(jié)果。

3 結(jié)論

a) 微發(fā)泡技術(shù)能夠使注射溫度降低，但在一定范圍內(nèi)，加工溫度對PP注塑產(chǎn)品VOC含量影響無明顯規(guī)律。

b) 微發(fā)泡技術(shù)需要更高的背壓以利于注射成型，背壓的升高促進(jìn)VOC含量的升高。

c) VOC含量并未隨重量減少而實(shí)現(xiàn)各類有機(jī)揮發(fā)物質(zhì)的全面降低，微發(fā)泡技術(shù)的應(yīng)用一定程度上使苯類物質(zhì)含量升高，醛類物質(zhì)含量降低。

[1] 張洪吉，信春玲，李慶春，等.超臨界二氧化碳/乙醇發(fā)泡體系制備聚苯乙烯微孔發(fā)泡材料[J].塑料,2010，39(5):55-57.

[2] 信養(yǎng)玲，何亞東，李慶春，等.影響聚丙烯發(fā)泡倍率和泡孔結(jié)構(gòu)的主要工藝參數(shù)研究[J].塑料,2008，37(2):1-7.

[3] Yoshids T,Matsunaga I.A case study on identification of airborne organic compounds and time course of their conecentration in the cabin of a new car for priviate use[J]. Environ Int ,2006,32(1):58-79.

[4] 謝美華.背壓對注塑工藝的影響[J]. 工程塑料應(yīng)用， 2004,32(7):29-31.

The Influence of Microcellular Technology on VOC Contents of PP Injection Molding Products

Cui Wenbing Li Zhitong Gao Mengluan Yin Jingjing Wei Yuansheng

(R&D Center of Great Wall Motor Company, Automotive Engineering Technical Center of He Bei, Baoding， 071000)

Polypropylene(PP) injection molding products were prepared by microcellular technology. The volatile organic compounds (VOC) of the PP microcellular products were measured with GC-MS and HPLC, and the effects of process variations caused by microcellular technology on the VOC contents of PP injection molding products were investigated. The results show that the influence of the process temperature on the VOC contents of the products shows no obvious trend in a certain range of injection temperature. But the back pressure increasing leads to higher VOC contents. Although microcellular technology can reduce weight of the products, it can′t decrease the contents of VOC. Among the VOC of the microcellular products,the content of benzenes increases while the content of aldehyde decreases.

polypropylene; microcellular technology; volatile organic compound; processing temperature; back pressure

2015-02-26;修改稿收到日期:2015-06-08。

崔文兵(1981—)，男，工程師，主要從事汽車非金屬材料技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用工作。E-mail：cyclxcl@gwm.cn。