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汽车内饰高分子材料及其老化试验

  改性塑料是重要的汽车轻质材料,不仅可以减轻零部件约40%的质量,还可以使采购成本降低40%左右,因此,近年来改性塑料在汽车中的用量迅速上升。汽车用塑料量约占塑料总消耗量的8%左右,约占汽车总重量的10%,主要的品种有PP、PU、ABS、PS、SAN、SMA、PVC、PE等。
  汽车内饰件有方向盘、座祷、预蓬、内门板、行李箱内衬、发动机罩内衬等,塑料由于具有容易与不同材料配合、设计方便、加工性好、质量轻、易清洗、使用寿命长、价格低、强度性能好等优点,在汽车内饰件领域应用广泛。
  仪表板:
  欧洲汽车的仪表板一般以ABS/PC及增强PP为主要材料;美国汽车的仪表板多用苯乙烯/顺丁烯二酸酐SMA,这类材料价格低,耐热、耐冲击,具有良好的综合性能;日本汽车的仪表板曾采用过ABS和增强PP材料,目前则以玻璃纤维增强的SAN为主,有时也采用耐热性更好的改性PPE。随着电子技术的应用,高度的控制技术、发动机前置前轮驱动汽车操纵系统以及其它中央控制系统等将被集中在仪表板周围,因此,由纺织物来取代目前在聚氨酯发泡体表面覆盖的聚乙烯表皮将成为可能。为了便于回收利用,正在发展用热塑性聚烯烃TPO表皮和改性聚丙烯PP骨架及聚丙烯发泡材料构成的仪表板。
  车门内饰板:
  车门内板的构造基本上类似于仪表板,由骨架、发泡和表皮革构成。以红旗轿车和奥迪轿车为例,车门内板的骨架部分由ABS注塑而成,再采用真空成形的方法,将衬有PU发泡材料的针织涤纶表皮复合在骨架上形成一体。
  低压注射压缩成型方法,是把表皮材料放在还未凝固的聚丙烯毛坯上,经过压缩,压成为门内板。表皮材料为衬有PP软泡层的TPO,这类门板易回收再生。中低档轿车的门内板,可采用木粉填充改性PP板材或废纤维层压板表面复合针织物的简单结构,即没有发泡缓冲结构,有些货车上甚至使用直接贴一层PVC人造革的门内板。
  座椅:
  软质PU发泡材料可用热硫化层和冷硫化法生产,但从设备投资和材料性能考虑,目前座椅缓冲垫多用冷硫化法生产。考虑到座椅的舒适性,缓冲垫的密度可以改变,从而使软硬度随之改变。如奥迪A6轿车靠背上的缓冲垫可使用天然纤维(如椰子壳)浸胶材料,其特点是透气性好;骨架材料可用GMT(玻璃纤维毡片)取代钢铁材料。
  方向板:
  方向盘一般采用自结皮硬质PU泡沫材料高压或低压发泡而成。方向盘结构要求挺拔、坚固、轻便、外韧内软,并能耐热、耐寒、耐光、耐磨。因此,包覆物多用改性PP、PVC、PU、ABS等树脂,骨架一般选用钢骨架与铝压注而成,考虑到轻量化,现在也有用玻璃纤维增强PA替代铁芯的趋势。为了追求豪华、舒适、手感好,现在的方向盘表面部分增加了桃木饰纹或真皮包皮等。
  顶棚、后围:
  车内顶棚、后围(后围主要对重型车而言)是内饰件中材料和品种花样最多的一种复合层压制品,它的作用除了起装饰功能外,还起着隔热、隔音等特殊功能。顶棚、后围一般由基材和表皮构成,基材需要具有轻量、刚性高、尺寸稳定,易成形等特点,为此一般使用热塑性聚氨酯发泡内材、PP发泡内材、热塑性毡类内材、玻璃纤维瓦楞纸、蜂窝状塑料带等。
  表皮材料可用织物、无纺布、TPO、PVC等。我国的轿车顶棚一般使用TPO发泡片材、玻璃纤维、无纺涤纶布材料层压成型。顶棚的种类有成型顶棚、粘接顶棚和吊装顶棚,其中成形顶棚占70%以上。卡车主要用成型顶棚,基材采用热固性或热塑性毡类,压制成型,表皮材料选用针织面料、无纺布、PVC等。
  发动机罩及地垫:
  发动机罩及地垫属中、重型汽车及客车的重要内饰件。现在,发动机罩一般是将PVC皮革吸塑后与聚醚多元醇和异氰酸酯发泡填充而成,主要起到吸音、隔热、减震和美化车内环境等作用。轿车中的地垫一般都采用美观、漂亮的复合成型垫(如橡胶、PVC、毛、麻类)制成。
  老化试验主要是指针对橡胶、塑料产品、电器绝缘材料及其他材料进行的热氧老化试验;或者针对电子零配件、塑化产品的换气老化试验。目前,研究高分子材料的老化试验方法有很多,主要包括气候老化试验,紫外老化试验,臭氧老化试验,热空气老化试验,高低温交变老化试验,湿热老化试验等。
  1、气候老化试验
  所谓气候老化试验就是将高分子材料试验样品暴露于大气环境条件下,从而获得材料样品在大气环境暴露下的老化规律,对高分子材料的性能进行分析,并预测其使用寿命的一种研究方法。
  气候老化试验又可以分为两种:
  A、其中一种便是自然暴露试验,即将高分子材料试验样品暴露于真实的大气环境下,以获得材料在真实环境下的老化行为,这种老化试验方法所获得的老化信息zui为准确,是获得高分子材料老化行为的zui为有效的方法,但是这种试验方法周期时间太长,费时费力。在美国的佛罗里达州、中国的万宁、漠河以及武汉等地都有人进行过为期超过一年的大气暴露试验。
  B、另外一种便是人工气候老化试验,人工气候老化试验即是指人通过在室内对真实大气环境条件进行模拟或者是加强某一环境因素以在短时间内获得材料老化行为的老化试验方法,这又被称为人工模拟老化或者人工加速老化。人工气候老化通常是在人工气候老化箱内进行的。通常使用的人工气候老化箱主要有氙灯气候老化老化箱、荧光灯气候老化试验箱以及碳弧灯气候老化试验箱等。这几种气候老化试验箱都是从光照、温度、湿度、雨水或者凝露等主要气候因素对自然环境因素进行模拟或加强而实现材料老化的。此外,材料的老化试验还要依据一定的测试标准进行开展。
  2、紫外老化试验
  太阳光中的紫外光,由于其所具备的光能与高分子化学键的键能相当,能够引起高分子化合物链的断裂,是导致高分子材料老化降解的主要因素。紫外老化试验即是指将高分子材料老化试验样品置于紫外光场下,进行暴露,从而获得高分子材料老化行为及规律的试验方法。通常紫外老化试验会规定,紫外区及辐照强度,比如40W/m2,在300nm—400nm波长范围内等。紫外老化试验所使用的光源通常有氙灯、荧光灯、氚灯以及氘灯等,其中氙灯能够很好的模拟太阳光谱,荧光灯能够很好的模拟太阳光中的紫外光谱,氚灯所提供的能量较强,一般用于做加速老化试验。
  3、臭氧老化试验
  臭氧是大气中及其稀少的气体,但是其却对高分子材料的破坏力极强,臭氧能够与高分子材料化学结构中的不饱和键以及还原性基团发生不可逆转的化学反应,导致高分子材料发生氧化降解,从而失去使用价值。尤其是对于含有双键的橡胶材料,表现出极强的破坏力。臭氧具有很强的活性,它能够分解出活性更强的原子氧,与橡胶分子中的双键进行化学反应,导致橡胶发生老化,出现龟裂、变脆等现象。高分子材料的臭氧老化试验通常在臭氧老化试验箱内进行,臭氧由臭氧发生器提供,其浓度可通过混合器与空气混合进行调节,臭氧的浓度一般根据材料实际使用所处的环境条件来确定。另外,臭氧老化箱内的温度、湿度等因素也可进行调节,从而达到试验的目的,获取材料的耐臭氧老化性能以及臭氧老化行为与规律。
  4、热空气老化试验
  热是导致高分子材料发生老化的主要因素之一,热可以加速高分子链的运动,导致高分子链的断裂,产生活性自由基,使其发生自由基链反应,导致高分子发生降解或交联,热空气老化试验是评价高分子材料,研究高分子材料耐老化性能的主要试验方法之一,通常在恒温鼓风干燥试验箱内进行。干燥箱内温度可根据试验要求进行设定,高分子材料暴露于干燥性取样,进行测试,以获取高分子材料的老化行为与规律,从而有针对性的对高分子材料进行改性,提高其使用性能。
  5、温度交变老化试验
  温度是导致高分子材料老化的又一重要因素,对于高分子胶黏剂而言,高温可以加速高分子胶黏剂链的运动速率,低温则可以导致高分子胶黏剂产生内应力,高低温交变导致高分子胶黏剂发生链的断裂,发生老化降解。对于橡胶而言,高温可加速分子链的热运动,使橡胶发生交联,低温可导致橡胶分子链的冻结,使其变脆,弹性下降,发生老化。高低温交变老化试验是评价高分子材料耐温性能的老化试验方法,通常在温度交变老化试验箱内进行,从某一温度T1(一般为室温)以恒定的升温速率升温至某一温度T2,维持T2温度一定时间,然后再以恒定的降温速率,降温降至某一温度T3,维持T3温度一定时间,然后在升温至T1,此为一个温度循环。循环周期长短,可根据具体试验要求而定。
  6、湿热老化试验
  湿热老化试验是评价高分子材料在高湿、高温环境下耐老化性能的有效方法。在高湿度环境下,水分能够渗透到高分子材料内部,导致高分子材料发生溶胀,部分亲水性基团发生水解,导致高分子材料发生老化降解。另外,水分渗入到高分子材料内部,还能够导致高分子材料内部的添加剂,如增塑剂、配合剂以及其它物质的溶解与迁移,影响高分子材料的机械性能。在高热的作用下,热又可以促进水分的这种渗透作用,热促进高分子链运动加剧,分子间作用力减小,促进了水分的渗透作用,加速了高分子材料的降解。不同的高分子材料有不同的配方,所以他们的湿热老化机理也不尽相同,湿热老化试验进行时要根据不同的高分子材料,选用不同的老化标准。湿热老化试验通常在湿热老化试验箱内进行,温度和湿度可以根据试验要求自行设定。
  
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