汽车内饰用聚丙烯材料及制品散发性能改善措施

郑虹 朱熠 张宇璇130011) (中国第一汽车集团有限公司研发总院,长春 VOC摘要:本文阐述了汽车内饰用聚丙烯材料及制品气味及 的改善措施。通过试验研究和车内空气质量改善实践经验,总结了影响聚丙烯零件散发特性的因素,提出了聚丙烯材料在VOC聚合过程中、改性过程中和注塑生产过程中减少产生挥发性物质,降低车内 、气味和雾度的原理和方法。通过选择环保原材料、采用环保工艺并用适当的方法进行零部件的后处理,聚VOC丙烯零部件 和气味大幅下降,能够达到企业标准要求。VOC关键词:聚丙烯 乘员舱空气质量 气味 环

Automobile Technology & Material - - MATERIAL APPLICATION -

1 前言

汽车乘员舱内空气质量是消费者选购车型的GB 27630重要依据之一,并且 《乘用车内挥发性有机污染物排放限值和测量方法》标准即将强制性执行,主机厂越来越重视并开展大规模质量改进、数据库建立、标准制定、正向设计、检测防控等工作,并逐渐取得成效。汽车乘员舱内污染物的来源主要为内装零部件释放的小分子散发物,表现为车内影响人体健康的有毒、有害挥发性有机物、令人不舒适的气味、影响安全的车窗结雾等方面问题,所以车内空气污染问题越来越引起广泛重视。汽车内装零部件材料应用广泛,容易产生散PVC发的材料包括皮革、织物、 表皮、塑料、胶黏PUR剂、油漆、 泡沫、橡胶等。塑料在汽车内装件中的应用比例较大,对车内空气质量的影响也非

1973—), , , ,作者简介:郑虹( 男高级工程师学士学位研究方向为汽车材料研发与应用。 常大。聚丙烯又是汽车内装件中应用最多的塑料品种,用于汽车仪表板、副仪表板、柱护板、门护板、手套箱、座椅护板、包裹架护板、顶棚等零件。聚丙烯等塑料零件的散发性能改善难度非常大, VOC一方面因为影响 释放的因素较多,涉及原材料、配方、工艺等各个方面;另一方面在研究零件VOC的 散发性能的同时必须兼顾零件的使用性能,作为汽车内装件,有耐刮擦性、阻燃性、耐热性、耐光性、抗静电、不发粘、不发白等性能要求,不得不采用多种添加剂,干扰了制品的散发性能。本文针对汽车内装用聚丙烯材料及制品,讨VOC论等散发物质的来源和主要影响因素,提出针对性的改善措施。

2 聚丙烯原材料的散发特性及改善措施

VOC采用低 含量、低气味的聚丙烯原材料是降VOC低塑料零件 含量和气味的必要措施,而聚丙烯原材料在聚合过程中,不可避免地残留和产生一些低分子化合物。如聚合用溶剂、催化剂、助剂的残

留以及一些未反应完全的单体或低聚体等。

国内外普遍采用的方法为氢调法代替过氧化物降解法,并且尽可能采用窄分子量聚合法。窄分子量聚合法从聚合机理出发,能够提供分子量相对均匀、分子量分布范围较窄的聚合物,从根本上降低了聚合物中易挥发的超低分子量组分的含

VOC量,从根源上降低材料中的 含量。聚合时减少聚丙烯分子量的分布范围,有很多专利方法,分子量分布相对均匀,成为聚丙烯原材料是否环保的一个典型指标。

加工后处理法包括物理法、化学法和物理化学综合法等。物理法常用的有吸附法、闪蒸法和真空法。物理法的优点是成本低,针对的小分子物质范围广,效果显著,不容易产生二次污染。缺点是吸附的有机小分子物质并没有被除去,还存在于材料体系中,在长期热老化、光老化的作用下,有可能被重新释放。而且添加的吸附剂有可能对聚丙烯材料的物理性能和热性能造成影响,因此应综合考虑。闪蒸法和真空法等通过多阶排气装置在聚合、混炼、造粒的过程中完成对残留小分子聚合物的脱除,需增加成本,并且应避免空气污染。

化学法的原理是通过带有活性基团的物质与易挥发的有机物发生化学反应生成不易挥发、低气味的物质。化学法所涉及的化学反应非常复杂,每一种化学试剂一般只针对一种小分子化合物进行反应,所以不能同时解决多种因素产生的小分子有机物散发问题。物理化学综合法是采用既带有活性基团又有吸附效果的中间媒介,同时能够吸附和反应掉有害的小分子化合物,效果较好,但成本较高,工艺控制比较复杂,并且目前掌握的中间媒介材料对聚丙烯材料性能的影响较大,目前大批量生产的成功案例较少。

通过氢调法等相对环保的丙烯聚合方法,采用环保型加工助剂,尽可能实现聚丙烯分子量在较窄的范围内分布,减少低分子量化合物的产生。在挤出造粒的过程中,采用物理或化学的方法进行小分子物质的吸附、脱除,进一步减少聚合 残留的小分子化合物。通过以上方法,就可以制得环保型聚丙烯原材料。选用环保型聚丙烯原材

1料,是改善聚丙烯零件散发性能的基础。表 为普通聚丙烯材料与环保聚丙烯材料的气味对比。

3 聚丙烯改性料的散发特性和改进措施

聚丙烯原材料必须经过改性,才能达到汽车内装件的使用性能要求。改性包括增强、增韧、耐热、耐光、耐寒、阻燃、改善流动性、增加尺寸稳定性、改善表面性能等方面。添加的改性材料有玻纤、矿物粉、弹性体等,还有少量但作用非常重要的偶联剂、润滑剂、阻燃剂、抗氧剂、防老剂、稳定剂、着色剂、耐刮擦剂等十多种添加剂,以满足汽车内装件的性能要求。这些添加剂多数都会对聚丙烯零件的散发性能产生影响。

VOC目前,降低改性聚丙烯材料 和气味的方法主要有物理法和化学法。物理法就是通过抽真空来脱除小分子化合物;化学法则通过活性化学除味剂与小分子化合物进行活化化学反应而降低气味和小分子散发。这两种方法都有效果,但是都无法从根本上彻底解决聚丙烯改性料的有害小分子物质散发问题。

VOC从根源上解决 和气味问题,就得从材料和工艺着手。聚丙烯改性料中的添加剂尽可能选择纯净无杂质、化学性质相对稳定、气味较小、不含苯类溶剂、化学反应过程中不产生氨类、苯类、醛酮类物质的材料。比如,普通耐刮擦剂的主要成分为反应型高聚硅氧烷,这类化学物质本身气味比较重,添加到聚丙烯材料中会使材料的气味加重。一些改性型的高聚硅氧烷产品气味比较小,适量添加不会增加聚丙烯零件的气味,可以根据配方和性能要求选用。阻燃剂也应选用环保型无卤阻燃剂,如低气味磷氮类无卤阻燃剂等。润

滑剂尽可能避免使用,会使零件散发的小分子物

VOC质增加,影响 性能并容易产生冷凝结雾现象。总之,在满足性能的前提下,聚丙烯材料配方

VOC一定要考虑 和气味的问题,促进环保添加剂的应用。配方中可以适量添加吸附剂、除味剂等,减少小分子化合物的散发,但不能影响聚丙烯改性料的性能。

工艺方面,采用较低的加工温度,可以减少聚丙烯和添加剂材料的氧化和降解。尽可能减少螺杆的剪切力,可以减少材料分子的断裂和降解。高效的抽真空设备和排气装置能够有效地促进小分子物质的排除。还可以采用烘烤排风等后处理方法,进一步去除塑料颗粒中的小分子物质。

一般聚丙烯原材料粒料很难满足汽车内装件产品性能要求,所以零部件制造公司大多数选择改性后的聚丙烯粒料。聚丙烯改性料的环保特性

VOC直接影响零部件的环保性能。因此选择低 和低气味的环保改性料是改善聚丙烯零件散发特性2的关键。表 为普通聚丙烯改性料与环保聚丙烯

20%改性料的气味对比,材料改性方法为 滑石粉增强,添加耐热老化剂、耐光老化剂、阻燃剂和耐刮擦剂。

4 汽车内装用聚丙烯零件的散发特性和改进措施

汽车内装用聚丙烯零件一般采用注塑成型。注塑的工艺条件影响零件的散发特性。如注塑温度过高、模具温度过高、注塑压力过大,都会导致聚丙烯材料的降解,因此尽可能降低注塑温度,控

210 ℃ VOC制在 以下,能够降低零件的 散发。应综合调配注塑温度、压力及模具温度,在保证零件的外观质量和使用性能基础上,减少零件的小分子物质散发。

使用的原材料也很重要。应使用新的聚丙烯粒料,因为回用料、回收料等多次注塑的材料会产生更多的小分子降解物,导致零件的散发性能变差。每次生产前应彻底清洗注塑机料筒,清除螺杆、浇口等处的残留材料,保证零件采用的是纯净的新材料。材料的烘干也很重要,在注塑成型前进行烘干处理,可以减少有害小分子物质的散发。

螺杆和浇口的剪切也会使聚丙烯材料和添加剂产生降解,因此尽可能采用较大的浇口、低剪切的螺杆,并且减少材料在螺杆里的停留时间,可有效降低零件中小分子残留物的含量。

另外,应避免使用脱模剂和润滑剂。有的生产厂为了使材料中后加入的颗粒,如色母粒、高玻纤含量的粒料等,分布均匀,会加入一些矿物油,

VOC这些油品在高温环境下会析出,导致 含量上升并容易产生冷凝结雾现象。脱模剂也会产生同样的影响。

如果有条件,注塑完成后的制品可以在能够换气通风的专用恒温箱中进行后处理。恒温箱的

60 ℃± 10 ℃, 4 h- 24 h,温度控制在 时间为 根据生产厂的节拍确定。

采用环保的材料,进行环保工艺控制,可以减少材料降解,并避免材料的污染,生产出的聚丙烯零件具有良好的环保性能。在改进汽车聚丙烯注塑门板环保性能的时候,进行了工艺调整,注塑温225 ℃ 205 ℃, 15%度从最高段 降低到最高段 从 回料添加改为不添加回料,脱模剂采用水性脱模剂,不65 ℃加润滑剂,并且制品在 的强制空气循环箱中处

4 h, 3理 环保性能有很大改善。表 为聚丙烯注塑门

VOC 2L板原工艺与环保工艺的气味和 对比,采用

65 ℃ VOC, 24 ℃袋子法在 下测试 温度降低到常温

VOC HJ/T 400时,在袋子中测试气味。 测试方法按2007《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方

GB/T 2918-1998法》,样品试验前按 《塑料试样状态

24 h调节和试验的标准环境》标准进行预处理 。

5 零件的包装、运输和使用

聚丙烯注塑生产出的零件一般都会直接包

7 24 h装。如果能在包装前进行 天以内、 以上的放置,并且放置的环境通风良好,无污染,则有利于残留小分子物质进一步散发。

包装应使用环保的纸箱、转运箱等,避免一些不环保的塑料布、泡沫、胶带等包装材料给零件造成二次污染。包装箱上最好留有孔洞,让散发出

零件的集成和安装也尽可能采用卡接、焊接、螺接等方式,避免使用胶黏剂粘接。溶剂型胶黏剂中含有苯、甲苯等大量有害物质;而水性胶黏剂对聚丙烯的粘接效果还有待提升。

6 零件的检测

VOC目前国家尚未制定汽车零部件 、雾度和气味的检测标准。多数整车企业都采用袋子法进行

VOC GB/T 27630零部件 检测,检测的项目一般为 标准中规定的五苯三醛,也有很好的比对效果。

雾度有两种检测方法,一种为测试零件上取得的样品在高温下产生的总雾度值,就是冷凝物的质量;另一种为测试玻璃片的透光率。两种方100 ℃法都有采用,一般测试温度为 。

气味的测试方法也有两种,分别为瓶式法和40 ℃ 80 ℃袋式法。瓶式法采用密封瓶在常温、 、 下分别测试样品的气味。但有的企业标准中在常温40 ℃和 的检测中,加入一定湿度或水,营造湿热的氛围,某些材料就会产生霉变的味道。袋式法可

VOC以与 的检测同时进行,也可以单独进行。在VOC

试验结束后,试样和袋子冷却到常温,打开袋 的小分子物质在仓储和运输过程中进一步去除。

零件应采用免喷涂工艺生产,尽可能利用模具和色母粒保证产品的外观质量,避免喷涂、印刷、贴膜等表面处理。多数表面处理方法都会对

VOC塑料件的散发特性产生影响,导致更多 散发和气味更大。 子的边角,由测试人员逐一进行评价。袋式法测试零件的气味,是近两年逐渐兴起的一种测试方VOC法,因其与 测试方法结合较好,也能够比较真实反映总成在实车中气味散发的情况,所以推广速度很快。VOC聚丙烯零件散发特性的测试一般包含 、雾度和气味这三方面。采用环保材料和环保工艺VOC生产的零件 性能能够满足各大主机厂规定的五苯三醛指标要求。采用瓶式法测试气味,在80℃ 3 3下能够达到 分(一般整车企业要求为 分或3.5 分)。环保型的聚丙烯零件雾度挥发较少,能够满足各大整车企业的标准要求。

7 结语

汽车内装聚丙烯零件的散发特性是整车室内空气质量改进的重点和难点。车内空气质量管控需从原材料、改性料、零部件逐级进行控制,并建立数据库和货源清单,可以保证产品的环保特性长期稳定可靠。掌握零件散发特性的影响因素和可控资源,就能够进行零件环保特性的正向设计,使新

AT开发的车型室内空气质量保持较高的水平。

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