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(jìn)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(tuán)+錨基團(tuán)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(xiàn)標(biāo)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(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(yīng)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(yán)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(jì)末和本世紀(jì)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(biāo)準(zhǔn)，開始在內(nèi)飾件上廣泛的推廣和應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yàn)時被發(fā)現(xiàn)了。整車暴曬實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(jī)廠選擇在海南島的濕熱氣候下進(jìn)行。兩年內(nèi)試驗(yàn)場有專人每周進(jìn)行評價和記錄，每年夏天，也就是在氣溫最高，太陽輻射最強(qiáng)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(shí)驗(yàn)主要是以手指的感觸評價，嚴(yán)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(jìn)行了對比測試。

2 實(shí)驗(yàn)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?dú)獯蹈伞?/p>

2.2 測試設(shè)備

熱脫附設(shè)備TDS：

Unity from Markes Co

色質(zhì)連用設(shè)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(yīng)商的調(diào)查和查閱相關(guān)文獻(xiàn)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(shí)驗(yàn)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(rèn)可試驗(yàn)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(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)粘性更嚴(yán)重，而且能更早的發(fā)現(xiàn)發(fā)粘。

3.3 發(fā)粘缺陷的改進(jìn)

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(jìn)這種缺陷，首先必須選擇一種不會因?yàn)楣夂蜔岬淖饔枚鴱牟牧现形龀龅闹鷦?，助劑本身又需具備耐刮擦的效果，通過和材料供應(yīng)商以及助劑供應(yīng)商的合作，篩選了多種耐刮擦助劑，并運(yùn)用錨基團(tuán)的原理，在助劑分子鏈末端加上錨基團(tuán)，使其能牢牢的均勻的滲在基材中，不會因?yàn)殚L期光和熱的作用造成錨基團(tuán)的斷裂，可以起到長期耐刮擦的效果。

通過多輪的試制和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)以新型的硅氧烷基團(tuán)（也可以稱硅酮類基團(tuán)）+錨基團(tuán)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(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證合格的零件在后續(xù)經(jīng)過兩年的整車暴曬實(shí)驗(yàn)中，沒有發(fā)現(xiàn)表面發(fā)粘，取樣對暴曬后的零件進(jìn)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(tuán)（也可以稱硅酮類基團(tuán)）+錨基團(tuán)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(yīng)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(tuán)（也可以稱硅酮類基團(tuán)）+錨基團(tuán)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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