Automobile Technology & Material
ATR红外光谱在汽车塑料零件材质分析中的应用
摘要：采用衰减全反射红外光谱分析方法对塑料件表面黑色物质进行成分分析,并与塑料件上正常区域的材料进行对比分析。分析表明, PC+ABS
塑料件的材料为 共混物，由于塑料件的局部区域混入了黑色的
PA66而造成零件混料位置表面呈现黑色。衰减全反射红外光谱分析法可用于快速分析汽车非金属零件的质量问题，尤其是混料或异物等与材料相关的问题。
关键词：塑料 混料 红外光谱 衰减全反射中图分类号：U465.4+1 文献标识码：B ATR 10.19710/J.cnki.1003-8817.20200210 DOI:
Application of ATR Infrared Spectroscopy on Material Analysis of Automotive Plastic Parts
Dong Wensheng
（Faw-volkswagen Automobile Co., Ltd., Changchun 130011） Abstract：the technique of ATR (Attenuated Total Refraction)-ftir analysis is adopted to analyze the black substance on the surface of the plastic part, which is compared with materials on the normal area of the plastic part. The analysis shows that the plastic part is made of PC+ABS blend, and the black area is caused by the mixture with black PA66. The ATR-FTIR analytical method can be used for quick analysis to the quality problems of non-metal parts on the vehicle, especially the problem pertinent to the wrong mixture between different materials or foreign substances.
Key words: Plastic, Mixture, Infrared spectroscopy, Attenuated total refraction, ATR 1 前言
随着现代汽车工业的进步，非金属材料因其具备一系列优异的性能在汽车材料中所占比重逐步提高。采用塑料、橡胶、油漆、粘接剂、织物、皮革等非金属材料所制造的零件广布于汽车的内外饰、动力总成、底盘、电子电气等领域。
然而，由于各种不同的原因，汽车零件会出现各种质量问题，对汽车零件出现的各种质量问题进行快速准确分析、找到问题的根本原因并采取合理的改进措施，对整个汽车产业链而言均是极具重要和充满挑战的工作。
对于非金属零件分析而言，红外光谱分析作为近代有机化合物最成熟有效的分析方法之一，成为汽车非金属材料分析中的重要手段，广泛应用于如材料种类鉴别，未知异物及污染物的鉴定，以及材料老化的判别评估等工作。
2 ATR红外光谱介绍
2.1 红外光谱
红外光作为电磁波的一种，按波长分为远红
(4000～
外、中红外和近红外三个区。中红外区
作者简介：董文生（1972—），男，高级工程师，学士学位，研究方向为汽车非金属零件及材料的分析与检测。
参考文献引用格式：
ATR红外光谱在汽车塑料零件材质分析中的应用[J].汽车工艺与材料, 2021（6）：62-64.
董文生
DONG W. Application of ATR Infrared Spectroscopy on Material Analysis of Automotive Plastic Parts [J]. Automobile Technology & Material, 2021 (6): 62-64.
400 cm-1)为红外光谱仪的常用范围。
当频率连续变化的红外光照射在待检材料样品上时,
样品材料分子会选择性吸收特定频率的红外光，使材料分子的振动以及转动能级从基态向激发态跃迁，通过检测装置可记录该材料分子对不同频率红外光的吸收情况，并经过软件处理可绘制出待测材料的红外光谱。因不同物质具有不同的分子结构,
所以产生的红外吸收光谱也不同，根据各种物质的红外特征吸收峰的位置、强度和形状等参数,可推断出试样中存在的基团,
进而确定其分子结构和材料种类。另外依据物质浓度与特征吸收峰的强度成正比关系,
可进行红外光谱的定量分析。任何气态、液态、固态样品均可进行红外光谱测定。
红外光谱技术已广泛应用于高分子材料，各
种有机物，以及一些无机物的分析[1-3]
。
2.2衰减全反射红外光谱
传统的红外光谱采用透射法,
其制样方法如热压膜法难度大，过程繁琐，耗时费力。而衰减全
反射(Attenuated Total Reflection，atr)
红外光谱是通过样品表面的反射信号获得样品表层成份的结构信息。其样品的制作简单快捷,
同时对样品要求的量较少，只要将样品置于反射晶体上并充分接触，便可采集红外光谱，因而极大地扩大了红外光谱法的应用范围，广泛应用于各种物质的成份分析。
但是相比之下，透射法所获取的谱图信息更为丰富，因此在特定情况下，仍必须采用透射法进
行分析。但在绝大多数情况下，ATR
红外光谱完全可以满足汽车领域非金属材料的检测与分析的需要。
3 分析案例
3.1 案例背景
某车型的一种进口塑料件表面存在黑色物质，类似于零件局部表面受到了黑色异物的污染，但是用酒精，异丙醇等溶剂均无法将黑色物质擦1,
掉。问题零件见图 其中右侧为问题件，箭头所示的局部区域存在黑色物质；左侧为正常零件。
3.2 显微分析
采用显微镜对问题件黑色物质区域进行观察发现，黑色物质并不在零件的最外表面，而是处于灰白色塑料的下层，即黑色物质实际上被灰白色塑料所覆盖，因灰白色塑料层较薄呈半透明而可2。
以看到其下面的黑色物质。见图3.3 红外分析
首先采用锋利的刀片切取问题件正常灰白色
ATR
区域进行 红外光谱分析，所得到的红外图谱
3。
见图所得到的红外谱图较为复杂，分析过程如下。
699 cm- 、760 cm-谱图上在波数 1 1同时存在吸
[4], 1
收峰，通常为苯环上氢的面外弯曲振动 波数
602 cm-1的吸收峰通常为苯环的骨架振动[4], 3
波数
028 cm- 3 066 cm- 2
1和 1的 个吸收峰通常为苯环上
C-H
伸缩振动所引起，结合以上吸收峰可确认材
911 cm-料分子中含有单取代苯环结构；波数 1和
966 cm- [4], 1的二个吸收峰比较明显 表明材料分子
2 240 cm-1
中存在丁二烯结构；而波数 的吸收峰表明材料分子中存在腈基；根据以上所有吸收峰判
ABS
断，零件材料中含有 塑料成分。
1 771 cm-1
在波数 的吸收峰通常为芳香酯羰C=O 的伸缩振动; 1 221 cm-1 1 190 cm-1、
基 波数 、
1 161 cm-1 C-O
三个连续的强吸收峰通常为 的伸
1505cm-1 1085cm-1、1 014
缩振动所引起；波数 、
cm-1 831 cm-1
和 处的吸收峰表明材料分子中存在对位取代苯环; 基于以上所有吸收峰判断,零件材料
A PC
中含有双酚 型 塑料成分。综合以上所获取的红外谱图信息，可判断零件
ABS PC
正常区域所用的材料为 与 的共混改性塑料。
ATR
用锋利的刀片切取问题件黑色区域进行
4。
红外光谱分析，所得到的红外图谱见图该谱图的分析过程如下。
4 3 296 cm-1
图 的红外谱图中，在波数 存在明显的吸收峰, N-H该峰通常由酰胺基的 的伸缩振动引
1 631 cm-1、1 538 cm-1、1 276 cm-1存在起；另外在波数
I ,II,III明显吸收峰，与酰胺吸收带 相对应；以上信息
表明该材料中含有聚酰胺成分[5],另外根据在935 cm-1 PA66。存在明显吸收峰可判断该聚酰胺的种类为
1 771cm-1、1 223 cm-1、1 197 cm-1、另外，在波数
1 162 cm-1、1 080 cm-1、1 015 cm-1、834 cm-1均能看到
PC成分;吸收峰，表明黑色区域仍含有一定的 同
700 cm-1、760 cm-1、965 cm-1
时，在波数 也可看到吸
ABS收峰，表明黑色区域仍含有一定的 成分。但
3
以上吸收峰与图 的红外谱图相比，峰高明显变
1 601cm-1，1 505 cm-1小，同时基本观察不到波数 和
2 237 cm-1等吸收峰。以上情况表明黑色区域的绝
PA66，但仍混有少量的PC ABS。大部分材料为 和
3.4 分析结论
ATR红外光谱分析结果可以判断,根据 零件PC ABS的共混物,的正常区域所用的材料为 与 黑
PA66；同时结合显微镜观
色区域则是混入的黑色
66 (PA66)并未处于零件表
察结果，黑色的聚酰胺
面的最外层，而是被一层聚碳酸酯(PC)与丙烯腈丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)共混物所覆盖。由于
此零件表面并非沾染了小分子物质，因而用普通有机溶剂无法擦除。该问题可能由于供应商在之前所生产的零件
PA66 PC ABS
采用了 材料，而在切换生产采用 与 的共混物的零件前没有将注塑机料筒清理干净，因
PA66
而导致在注塑时少量残留的黑色 混入到灰
PC ABS
白色 与 的共混物中，从而造成零件表面存在黑色区域，并被误认为沾染的外来异物。
4 结束语
通过以上案例可以看出, ATR
采用 红外光谱分析技术,
在汽车非金属零件的问题分析中，特别是材料鉴定中，因其方便快捷、功能强大,
可以有助于快速分析出非金属件产生问题的原因。
同时在未知材料的红外鉴定时，往往需要进行人工解谱,
而不能过度依赖红外光谱仪所配的软件给出的匹配结果。另外，仅依靠标准谱库也是不够的，分析人员应对所涉及的非金属零件及材料建立相应红外谱库，红外谱库对于后期的质量控制及问题分析有很大的帮助。
参考文献：
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北
京：科学技术文献出版社，1994.
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