范瓊，付漭，馬建峰，徐超

（1.安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 2300601；2.安利材料科技股份有限公司，安徽 合肥 230000）

汽車非金屬內(nèi)外飾材料環(huán)境老化研究

范瓊1，付漭2，馬建峰1，徐超1

（1.安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 2300601；2.安利材料科技股份有限公司，安徽 合肥 230000）

汽車內(nèi)、外飾零部件產(chǎn)品種類眾多，由于材料本身分子結(jié)構(gòu)存在一些弱點(diǎn)，在環(huán)境（光、熱、雨水和氧氣等）因素作用下，不可避免地會(huì)產(chǎn)生老化現(xiàn)象。文章介紹了汽車環(huán)境老化試驗(yàn)，總結(jié)了整車自然暴曬試驗(yàn)溫度區(qū)域分布規(guī)律及常見汽車非金屬材料環(huán)境老化失效外觀變化種類，并針對(duì)常見汽車非金屬內(nèi)外飾件及用材主要失效模式及原因進(jìn)行了分析，提出預(yù)防和改進(jìn)措施。

非金屬材料；內(nèi)外飾；環(huán)境老化

CLC NO.:U463.83Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)02-193-03

引言

由于汽車在使用過程中會(huì)不可避免地遭遇環(huán)境，受到環(huán)境作用的影響，如同其他工業(yè)產(chǎn)品，汽車的使用性能會(huì)隨著時(shí)間的推移逐步降低，材料、零部件、汽車整車逐步老化。

氣候老化(主要指光老化)由光、熱、水等環(huán)境氣候因素引起的老化（圖1）。

圖1 汽車環(huán)境老化示意圖

目前，我國(guó)在汽車內(nèi)外飾材料的人工加速氣候老化試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方面還較為欠缺：一是我國(guó)的汽車工業(yè)起步較晚，對(duì)于內(nèi)外飾材料的老化研究還不夠；二是目前我國(guó)還是以配套加工為主，自主研發(fā)較少，對(duì)于內(nèi)外飾材料的人工加速氣候老化試驗(yàn)主要還是采用外國(guó)汽車廠商的標(biāo)準(zhǔn)。

表1 自然氣候老化與人工老化試驗(yàn)對(duì)比

1、自然暴曬試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)

1.1 溫度分布

圖2是某車型海南自然曝露時(shí)主要部件溫度統(tǒng)計(jì)值（環(huán)境溫度25-39℃），溫度分布區(qū)域統(tǒng)計(jì)見表2。

圖2 某車型海南自然曝露時(shí)主要部件溫度統(tǒng)計(jì)值（環(huán)境溫度25-39℃）

表2 自然暴曬試驗(yàn)溫度區(qū)域分布

1.2 耐候測(cè)試后外觀狀態(tài)的評(píng)價(jià)

耐候測(cè)試后，材料可能出現(xiàn)不同模式的失效，伴隨不同的外觀變化，常見的外觀變化有幾種狀態(tài)，如圖3所示。

圖3 常見氣候老化外觀變化狀態(tài)

2、汽車內(nèi)外飾件主要失效模式及原因分析

汽車用內(nèi)外飾件材料以高分子材料（塑料、橡膠、膠粘劑、織物等）為主，內(nèi)外飾件的環(huán)境老化問題主要就是高分子材料的老化問題，對(duì)內(nèi)外飾件環(huán)境老化問題分析從根本上來(lái)說(shuō)就是高分子的老化分析。

2.1 高分子材料的老化

高分子材料的老化是指高分子材料在儲(chǔ)存和使用過程中，由于內(nèi)外因素的綜合作用，逐漸失去原有一些性質(zhì)，使性能劣化的現(xiàn)象。根據(jù)老化原因，高分子材料主要有以下一些老化情況：

①光老化：日光是導(dǎo)致高分子材料老化的主要因素，尤其是使用在室外的高分子材料。在光的作用下，高分子化合物由于吸收光能而發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，使化學(xué)鍵破壞。光波波長(zhǎng)越短，能量越高，對(duì)化學(xué)鍵的破壞能力也就越強(qiáng)。

②熱老化：熱的作用不僅能使共價(jià)鍵斷裂，導(dǎo)致大分子裂解，也能使大分子間產(chǎn)生交聯(lián)，還能加速高分子化合物氧化，從而使高分子材料發(fā)生熱老化。

③氧化：許多高分子材料被大氣中的氧或臭氧所氧化，致使高分子鏈斷裂而發(fā)生氧化型老化。高分子材料被氧化的程度與高分子化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)，也與氧或臭氧在高分子材料中的擴(kuò)散與吸收的速度有關(guān)。一般情況下，具有不飽和碳鏈的高分子化合物比具有飽和碳鏈的高分子化合物容易老化；構(gòu)造疏松的高分子材料比構(gòu)造緊密的高分子材料容易老化。

④侵蝕：一般高分子材料抗侵蝕能力都比較強(qiáng)，但也有一些高分子材料在一定條件下會(huì)受到侵蝕。高分子材料所受到的侵蝕有化學(xué)侵蝕和生物侵蝕。高分子材料受到某些化學(xué)物質(zhì)作用時(shí)，高分子鏈產(chǎn)生化學(xué)變化，而使性能變劣；一些微生物在一定溫度和一定濕度條件下，會(huì)使某些高分子材料霉變，發(fā)生降解反應(yīng)，導(dǎo)致老化。

高分子材料的光老化過程的初期老化緩慢，人眼不易觀察到，老化初期主要是聚合物吸收紫外光，產(chǎn)生高分子自由基，隨后以自由基鏈?zhǔn)綑C(jī)理，直接或通過氧作用發(fā)生降解，交聯(lián)反應(yīng)，并伴隨有羥基，烴基等降解產(chǎn)物生成；老化后期，由于大量羧基，羥基等生色基團(tuán)增加了對(duì)紫外光的吸收，加速老化進(jìn)程，以致產(chǎn)生進(jìn)一步的降解、交聯(lián)，使高分子材料變色、龜裂、力學(xué)和物理性能下降。

2.2 高分子材料老化實(shí)例分析

2.2.1 ABS變形分析

變形的主要原因在于ABS材料出現(xiàn)了問題，而ABS注塑加工過程影響不是很大，可能的原因如下：

a）ABS原料問題。聚合時(shí)丁二烯(三種成分中最便宜得)含量過多，導(dǎo)致玻璃化溫度降低，或者是三種物質(zhì)聚合時(shí)分子量不夠大。由于分子量小，玻璃化溫度低，但流動(dòng)性好，還有材料中添加的增塑劑也會(huì)使熱變形溫度降低；

b）回用料的添加。就是報(bào)廢的ABS料被打碎和原料混合來(lái)做新模具，因?yàn)锳BS被打碎，所以很多高分子被打斷，而平均分子量會(huì)降低，注塑時(shí)的流動(dòng)性會(huì)很好，很容易加工，也能增加材料的韌性，但是分子量低了材料的性能會(huì)降低，其中硬度、缺口強(qiáng)度、玻璃化溫度都會(huì)變低，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)色差。

2.2.2 高溫老化激發(fā)的主要失效

高溫對(duì)公司材料激發(fā)的主要失效如下（首先變形是完全不能發(fā)生的）：

ABS：主要激發(fā)自動(dòng)氧化，由于試驗(yàn)箱內(nèi)光線弱，對(duì)光氧化激發(fā)不大，呈現(xiàn)為變色；

PC：激發(fā)效果不大，激發(fā)少量熱裂解，由于箱內(nèi)濕度不大對(duì)水解激發(fā)不大，同時(shí)對(duì)光氧化激發(fā)也不大，呈現(xiàn)為變色；

PMMA：激發(fā)少量熱裂解；

橡膠：激發(fā)自動(dòng)氧化，少量光氧化和熱裂解，對(duì)交聯(lián)有一些影響；

硅膠：相對(duì)穩(wěn)定，激發(fā)少，可能會(huì)造成一些脫水。

3、預(yù)防和改進(jìn)措施

3.1 內(nèi)、外飾零件耐老化的技術(shù)要求

汽車內(nèi)、外飾零件設(shè)計(jì)人員應(yīng)掌握必要的材料老化知識(shí)，對(duì)零部件老化性能進(jìn)行合理的定義，避免因提出過低或過高的要求而導(dǎo)致質(zhì)量問題或成本浪費(fèi)。比如，地毯因陽(yáng)光照射很少，老化要求就不用定義很高。應(yīng)考慮零件在整車上所處的位置(接受陽(yáng)光照射的情況)，而不能僅考慮材料本身的老化性能。

3.2 內(nèi)、外飾材料的選擇

根據(jù)內(nèi)、外飾零件老化性能要求，選擇合適的材料，當(dāng)然同時(shí)要綜合考慮零件的其他各項(xiàng)功能性要求。對(duì)于一些可滿足各項(xiàng)功能性要求、而耐老化性能不足的材料，可以對(duì)材料配方進(jìn)行微調(diào)，加入～些光穩(wěn)定劑之類的助劑，這些技術(shù)目前都已經(jīng)比較成熟。

3.3 耐老化性能的充分驗(yàn)證

需要對(duì)內(nèi)、外飾零件的耐老化性能進(jìn)行充分的驗(yàn)證、評(píng)價(jià)，否則會(huì)存在較大的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。首先，測(cè)試方法很重要，要選取合適的測(cè)試條件，以更好地反映、貼近實(shí)際的使用狀態(tài)。其次，考察要全面，不僅要對(duì)材料進(jìn)行耐老化測(cè)試，還要對(duì)零部件以及整車進(jìn)行耐候性測(cè)試和評(píng)價(jià)。第3，采取綜合的試驗(yàn)方式，不僅要進(jìn)行室內(nèi)的加速老化測(cè)試，還要開展戶外曝曬試驗(yàn)，用戶外曝曬試驗(yàn)結(jié)果校正室內(nèi)加速試驗(yàn)方法的結(jié)果。

3.4 生產(chǎn)過程的質(zhì)量監(jiān)控

即使通過了相關(guān)的老化測(cè)試，也不表示該零件今后就不會(huì)出現(xiàn)問題了，還需要通過加強(qiáng)產(chǎn)品過程質(zhì)量控制，保證材料和生產(chǎn)工藝等不發(fā)生變化，從而使產(chǎn)品質(zhì)量保持穩(wěn)定。

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Research on the Environment Aging of Non-metallic Materials in Automotive Interior and Exterior Trim

Fan Qiong1, Fu Mang2, Ma Jianfeng1, Xu Chao1
( 1.Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601; 2.Anhui Anli Material Technology Co. Ltd., Anhui Hefei 230000 )

Automotive interior and exterior trim have many types of products. As there are some disadvantages in the molecular structure of the material itself, in the environment tests which have light, heat, water and oxygen, etc. factors, they will inevitably produce aging. This article describes the automotive environment aging test, summed up the vehicle area of natural exposure test temperature distribution and common appearance change of aging failure types of non-metallic materials during automotive environmental tests. In this paper, the main reasons of the failure, methods of prevention and improvement are also discussed.

Non-metallic materials; interior and exterior trim; aging

U463.83

A

1671-7988(2017)02-193-03

范瓊，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.066