A7&M初界耐候聚丙烯老化行為的研究摘要:對耐候聚丙烯(PP)材料在不同氙燈老化試驗中的老化行為(如光澤變化、色差變化、力學性能變化以及分子結構變化等)進行了研究,并與海南瓊海自然暴露試驗結果的相關性進行了比較。結果表明:耐候PP經(jīng)氙燈老化試驗1500~2000h時,除光澤稍有下降外,各項性能基本不變;進一步延長試驗時間時,各項性能才逐漸有較明顯變化,分子鏈中也有羰基基團生成;GB/T16422.2的試驗結果與瓊海自然暴露試驗結果的相關性較好。關鍵詞:聚丙烯氙燈老化試驗自然曝露試驗汽車外飾件相關性中圖分類號:U4654+1文獻標識碼:A中國電器科學研究院有限公司,工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應性國家重點實驗室張曉東王俊江揭敢新胡利芬李浙江吉利汽車研究院有限公司劉強李莉王文濤1前言2試驗耐候聚丙烯(PP)具有合成工藝簡單、價格低廉21主要設備和儀和易于加工成型等綜合性能,近年來在五大通用熱塑a旋轉式水冷氙弧燈:Ci4000型,美國Atas性樹脂中成為用量增長最快的品種。純P分子結構中公司。存在叔碳原子,在光、熱、水等的作用下容易發(fā)生反b.便攜式光澤計: Sheen160型,德國BYK公司。應,是耐候性最差的高分子材料之一叫,但經(jīng)過適當改c臺式色差計: Ultra Scan PRO,美國 HunterLab性后,耐候性大大提高,可用作汽車內、外飾材料。汽車廠商在對材料性能進行控制時,一般以材d傅立葉變換紅外光譜儀: NEXUS870,美國料在氙燈試驗箱中曝露1500~2000h的性能變化情高力公司。況作為是否選用的依據(jù)。下面研究汽車外飾件用耐候e材料萬能試驗機:H25K-S,美國錫萊-亞特PP在不同氙燈光老化試驗中的老化行為,并對老化拉斯公司。試驗結果與耐候PP海南瓊海自然暴露試驗結果的相22耐候PPTVT口中國煤化工關性進行了初步研究。按照GBCNMHG09年11月在海南瓊海大氣曝露試驗場開展為期2年的耐候PP自然2012年第12期汽車工藝與材料AT&M9A7&M規(guī)界大氣無背板曝露試驗。曝露角為南向45°,每3個月一拉伸強度取樣測量色差一次,并記錄樣品接收的總輻照量。·彎曲強度一沖擊強度23耐候PP的氙燈老化試驗根據(jù)GB丌T16422.2-1999和大眾汽車公司PV3929的條件設置開展耐候PP的氙燈老化試驗,并定期取樣進行性能檢測。100L24試驗樣品的性能測試及其結構表征2001500輻照時間241力學性能測試圖1耐候PP力學性能的變化按GB/T2918-1998要求,經(jīng)氙燈老化試驗32耐候PP光澤的變化不同時間的樣條在23℃條件下進行48h的狀態(tài)調圖2為PP材料在兩種氙燈試驗中光澤保持率隨節(jié)后,通過材料萬能試驗機分別按照GB/1040.2-時間變化的情況?？梢钥闯?當試驗時間<1500h20060、GB/T9341-2000和GB廠1843-2008測時,耐候PP在兩種試驗中的光澤保持率下降速度相試試樣的拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度。拉伸速率差不大,并且保持率均>80%。繼續(xù)試驗,耐候PP為30mm/min,彎曲速率為2 mm/min;對氙燈老化的光澤下降速率逐漸產(chǎn)生差異,在PV3929設定的干試驗后的彎曲樣條進行測試時,面向光源的一面朝熱環(huán)境中,耐候PP光澤保持率的下降速度稍快,經(jīng)下;擺錘能量為5.5J。每組測試采用5條試樣,結果過5000h后,光澤保持率下降到55%左右;繼續(xù)試取算術平均值驗,結果變化不大。在GB丌16422.2濕熱環(huán)境中試驗242光學性能測試7000h后,光澤保持率約為10%,并且還未達到光利用光澤計測試不同氙燈老化試驗階段PP小澤變化平衡階段。方片樣板(色板)的表面光澤度(60°);按GB111862-1989和GB111863-1989測量和計算GB/T164222FV3929PP色板的色差變化。每組試樣包含3塊色板,每塊色板測量3次,結果取算術平均值。243傅立葉變換紅外光譜分析在氙燈試驗前、后的耐候PP樣板表面取樣進行KBr20壓片,然后用傅立葉變換紅外光譜儀進行掃描,以考察PP分子結構的變化。掃描范圍為400~400cm1,分1000200030004000500060007000時間h辨率為4cm,掃描次數(shù)為32次。圖2耐候PP光澤保持率的變化情況3結果與討論33耐候PP色差的變化31耐候PP力學性能的變化從圖3看出,耐候PP的色差在兩種氙燈試驗前期對按標準GB廠T164222試驗不同時間的耐候PP基本都無明顯變化。按PV3929試驗2500h后,色差取樣進行力學性能測試,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過1500h后,樣品變化速率加快;按GB丌T164222則需試驗5000h以的拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度都無明豆下降(圖上才會逐漸1)。說明該耐候PP的力學性能比較穩(wěn)定,在汽車廠上時,肉眼才H中國煤化工化值達到3以CNMHG化)。耐候商規(guī)定的試驗時間內力學性能沒有發(fā)生顯著的下降。PP在兩種氙燈老化試驗中色差達到3的試驗時間均超10汽車工藝與材料AT&M2012年第12期A7&M視界過4000h,根據(jù)經(jīng)驗判斷,屬于高耐候材料范疇,果的相關性時,最簡單、常用的方法就是考察試驗在接受同等程度的太陽輻照時樣品性能的變化情況GB16422.2PV3929性能變化情況越接近,相關性越好;反之,相關性越差。由于氙燈光不能完全模擬自然曝露試驗,因此以同的性能進行相關性評價時,得出的結論可能會有6所不同。本試驗將色差的變化情況作為比較依據(jù),氙燈老化試驗結果與海南瓊海自然曝露試驗結果的相關性如圖5所示。從圖5看出,輻照量相同時,GB丌T01000200030004000500060007000164222的試驗結果與自然曝露試驗結果更為接近時間h說明這兩者的相關性優(yōu)于自然曝露試驗與PV3929的圖3耐候PP色差的變化情況相關性。34耐候PP紅外圖譜的變化35rGB164222PV3929在氙燈老化4000h的耐候PP表面取樣,利用傅自然曝露立葉紅外變換光譜儀對其分子結構進行觀察,發(fā)現(xiàn)老化前、后分子結構的變化主要體現(xiàn)在1725cm處羰基振動峰的吸收強度明顯增強(圖4)。 Audouin"研究發(fā)現(xiàn)曝光溫度對羰基的形成具有促進作用,上面的試驗結果似乎印證了這一點。PV3929的樣品0.0501400表面溫度最高可達90℃,而GB/T164222的樣品累計輻照/MJ·m2表面最高溫度為65℃。根據(jù)阿累尼烏斯原理,溫圖5氙燈與自然曝露試驗相關性比較度每升高10℃反應速度增加1倍,因此經(jīng)過同樣的試驗時間,耐候PP在兩種氙燈老化試驗中的羰基4結論變化相差會比較大,表現(xiàn)在紅外圖譜上就是羰基振根據(jù)以上討論結果,可以有以下幾點結論。動吸收峰的強度不同,從而影響材料的色差等宏觀a該耐候PP在不同氙燈試驗中試驗1500~2000h性能。時,除光澤稍有下降外,其余各項性能基本保持不0.14rPP.-0變,滿足作為汽車外飾件的耐候性能要求;進一步延GB1642220.12PV3929長氙燈試驗時間,各項性能會逐漸產(chǎn)生較明顯變化,分子鏈中會有羰基基團生成。b兩種氙燈試驗結果與海南自然暴露試驗結果的豎00相關性不同,GB/T164222的相關性較好,PV3929002相關性較差。參考文獻:19001500波數(shù)m[1]胡行俊,聚丙烯光氧老化研究(Ⅱ)一聚丙烯材料環(huán)圖4耐候PP的紅外圖譜境適應性行為凵中國煤化主用,2003,32.5老化試驗相關性的研究(3):1-3CNMHG在考察氙燈光老化試驗結果與自然曝露試驗結(下轉第17頁)2012年第12期汽車工藝與材料AT&M11AT&M初界種醛酮類揮發(fā)物的含量,包括GB丌27630《乘用車內空氣質量評價指南》要求的甲醛、乙醛和丙烯醛的廣口瓶含量。4不同采樣方法的比較去離子水5種采樣方法的詳細比較見表4。圖5甲醛揮發(fā)法試樣放置示意圖表45種采樣方法的比較項目采樣袋法檢測艙法頂空法熱解析法甲醛揮發(fā)法試驗樣品零部件、材料零部件、材料材料材料材料裝載試樣的容器采樣袋檢測艙頂空瓶熱解析管廣口瓶待測物質的載體氮氣、空氣空氣氨氣分析儀器GCMS+HPLC GCMS+HPLC+FIDGC+FIDGCMSUV/HPLC采樣附件吸附管吸附管頂空進樣器熱解析儀投資成本十+十十使用成本參考文獻:test chamber [s],2005[1]HJT400車內揮發(fā)性有機物和醛酮類物質采樣測定方[5] GW 8081 Static headspace GC-MS for interior法[S],2007materialsIs], 2005[2]GB/T27630乘用車內空氣質量評價指南[S][6]D105495熱解吸/色譜/質譜分析法對汽車座倉內材2011料的揮發(fā)性有機化合物(VOC)的量化評價[S],20083 NES M0402 voC test method of cabin parts [S][7]D405535汽車車內材料中醛和其他羰基化合物的分2005.析液相色譜分析[S],2009[4VDA 276 Determination of organic substances asemitted from automotive interior products using a 1 m3(上接第11頁)[8]GBT1843-2008,塑料懸臂梁沖擊強度的測定[S][2]GBT3681-2000,塑料大氣暴露試驗方法[S][9]GB111862-1989,漆膜顏色的測量方法第二部分[3]GB/T164222-1999,塑料實驗室光源暴露試驗方法顏色測量[S]第2部分:氙弧燈[S][10]GB111863-1989,漆膜顏色的測量方法第三部分:[4]PV3929-2008,干熱氣候條件下的耐候性試驗[S]色差計算[S][5]GB丌2918-1998,塑料試樣狀態(tài)調節(jié)和試驗的標準[11]L. Audouin, S. Girois, L. Achimsky, et al. Effect of環(huán)境要求[S]temperature on the photooxidation of polypropylene films.[6]GB丌T1040.2-2006,塑料拉伸性能的測定第2部分:Polymer Degra中國煤化工98,60:137模塑和擠塑塑料的試驗條件[S]143CNMHG[7]GB/T9341-200,塑料彎曲性能試驗方法[S]M2012年第12期汽車工藝與材料AT&M17