耐候聚丙烯老化行为的研究

A7&M初界耐候聚丙烯老化行为的研究摘要:对耐候聚丙烯(PP)材料在不同氙灯老化试验中的老化行为(如光泽变化、色差变化、力学性能变化以及分子结构变化等)进行了研究,并与海南琼海自然暴露试验结果的相关性进行了比较。结果表明:耐候PP经氙灯老化试验1500~2000h时,除光泽稍有下降外,各项性能基本不变;进一步延长试验时间时,各项性能才逐渐有较明显变化,分子链中也有羰基基团生成;GB/T16422.2的试验结果与琼海自然暴露试验结果的相关性较好。关键词:聚丙烯氙灯老化试验自然曝露试验汽车外饰件相关性中图分类号:U4654+1文献标识码:A中国电器科学研究院有限公司,工业产品环境适应性国家重点实验室张晓东王俊江揭敢新胡利芬李浙江吉利汽车研究院有限公司刘强李莉王文涛1前言2试验耐候聚丙烯(PP)具有合成工艺简单、价格低廉21主要设备和仪和易于加工成型等综合性能,近年来在五大通用热塑a旋转式水冷氙弧灯:Ci4000型,美国Atas性树脂中成为用量增长最快的品种。纯P分子结构中公司。存在叔碳原子,在光、热、水等的作用下容易发生反b.便携式光泽计: Sheen160型,德国BYK公司。应,是耐候性最差的高分子材料之一叫,但经过适当改c台式色差计: Ultra Scan PRO,美国 HunterLab性后,耐候性大大提高,可用作汽车內、外饰材料。汽车厂商在对材料性能进行控制时,一般以材d傅立叶变换红外光谱仪: NEXUS870,美国料在氙灯试验箱中曝露1500~2000h的性能变化情高力公司。况作为是否选用的依据。下面研究汽车外饰件用耐候e材料万能试验机:H25K-S,美国锡莱-亚特PP在不同氙灯光老化试验中的老化行为,并对老化拉斯公司。试验结果与耐候PP海南琼海自然暴露试验结果的相22耐候PPTVT口中国煤化工关性进行了初步研究。按照GBCNMHG09年11月在海南琼海大气曝露试验场开展为期2年的耐候PP自然2012年第12期汽车工艺与材料AT&M9A7&M规界大气无背板曝露试验。曝露角为南向45°,每3个月一拉伸强度取样测量色差一次,并记录样品接收的总辐照量。·弯曲强度一冲击强度23耐候PP的氙灯老化试验根据GB丌T16422.2-1999和大众汽车公司PV3929的条件设置开展耐候PP的氙灯老化试验,并定期取样进行性能检测。100L24试验样品的性能测试及其结构表征2001500辐照时间241力学性能测试图1耐候PP力学性能的变化按GB/T2918-1998要求,经氙灯老化试验32耐候PP光泽的变化不同时间的样条在23℃条件下进行48h的状态调图2为PP材料在两种氙灯试验中光泽保持率随节后,通过材料万能试验机分别按照GB/1040.2-时间变化的情况。可以看出,当试验时间<1500h20060、GB/T9341-2000和GB厂1843-2008测时,耐候PP在两种试验中的光泽保持率下降速度相试试样的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度。拉伸速率差不大,并且保持率均>80%。继续试验,耐候PP为30mm/min,弯曲速率为2 mm/min;对氙灯老化的光泽下降速率逐渐产生差异,在PV3929设定的干试验后的弯曲样条进行测试时,面向光源的一面朝热环境中,耐候PP光泽保持率的下降速度稍快,经下;摆锤能量为5.5J。每组测试采用5条试样,结果过5000h后,光泽保持率下降到55%左右;继续试取算术平均值验,结果变化不大。在GB丌16422.2湿热环境中试验242光学性能测试7000h后,光泽保持率约为10%,并且还未达到光利用光泽计测试不同氙灯老化试验阶段PP小泽变化平衡阶段。方片样板(色板)的表面光泽度(60°);按GB111862-1989和GB111863-1989测量和计算GB/T164222FV3929PP色板的色差变化。每组试样包含3块色板,每块色板测量3次,结果取算术平均值。243傅立叶变换红外光谱分析在氙灯试验前、后的耐候PP样板表面取样进行KBr20压片,然后用傅立叶变换红外光谱仪进行扫描,以考察PP分子结构的变化。扫描范围为400~400cm1,分1000200030004000500060007000时间h辨率为4cm,扫描次数为32次。图2耐候PP光泽保持率的变化情况3结果与讨论33耐候PP色差的变化31耐候PP力学性能的变化从图3看出,耐候PP的色差在两种氙灯试验前期对按标准GB厂T164222试验不同时间的耐候PP基本都无明显变化。按PV3929试验2500h后,色差取样进行力学性能测试,发现经过1500h后,样品变化速率加快;按GB丌T164222则需试验5000h以的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度都无明豆下降(图上才会逐渐1)。说明该耐候PP的力学性能比较稳定,在汽车厂上时,肉眼才H中国煤化工化值达到3以CNMHG化)。耐候商规定的试验时间内力学性能没有发生显著的下降。PP在两种氙灯老化试验中色差达到3的试验时间均超10汽车工艺与材料AT&M2012年第12期A7&M视界过4000h,根据经验判断,属于高耐候材料范畴,果的相关性时,最简单、常用的方法就是考察试验在接受同等程度的太阳辐照时样品性能的变化情况GB16422.2PV3929性能变化情况越接近,相关性越好;反之,相关性越差。由于氙灯光不能完全模拟自然曝露试验,因此以同的性能进行相关性评价时,得出的结论可能会有6所不同。本试验将色差的变化情况作为比较依据,氙灯老化试验结果与海南琼海自然曝露试验结果的相关性如图5所示。从图5看出,辐照量相同时,GB丌T01000200030004000500060007000164222的试验结果与自然曝露试验结果更为接近时间h说明这两者的相关性优于自然曝露试验与PV3929的图3耐候PP色差的变化情况相关性。34耐候PP红外图谱的变化35rGB164222PV3929在氙灯老化4000h的耐候PP表面取样,利用傅自然曝露立叶红外变换光谱仪对其分子结构进行观察,发现老化前、后分子结构的变化主要体现在1725cm处羰基振动峰的吸收强度明显增强(图4)。 Audouin"研究发现曝光温度对羰基的形成具有促进作用,上面的试验结果似乎印证了这一点。PV3929的样品0.0501400表面温度最高可达90℃,而GB/T164222的样品累计辐照/MJ·m2表面最高温度为65℃。根据阿累尼乌斯原理,温图5氙灯与自然曝露试验相关性比较度每升高10℃反应速度增加1倍,因此经过同样的试验时间,耐候PP在两种氙灯老化试验中的羰基4结论变化相差会比较大,表现在红外图谱上就是羰基振根据以上讨论结果,可以有以下几点结论。动吸收峰的强度不同,从而影响材料的色差等宏观a该耐候PP在不同氙灯试验中试验1500~2000h性能。时,除光泽稍有下降外,其余各项性能基本保持不0.14rPP.-0变,满足作为汽车外饰件的耐候性能要求;进一步延GB1642220.12PV3929长氙灯试验时间,各项性能会逐渐产生较明显变化,分子链中会有羰基基团生成。b两种氙灯试验结果与海南自然暴露试验结果的竖00相关性不同,GB/T164222的相关性较好,PV3929002相关性较差。参考文献:19001500波数m[1]胡行俊,聚丙烯光氧老化研究(Ⅱ)一聚丙烯材料环图4耐候PP的红外图谱境适应性行为凵中国煤化主用,2003,32.5老化试验相关性的研究(3):1-3CNMHG在考察氙灯光老化试验结果与自然曝露试验结(下转第17页)2012年第12期汽车工艺与材料AT&M11AT&M初界种醛酮类挥发物的含量,包括GB丌27630《乘用车内空气质量评价指南》要求的甲醛、乙醛和丙烯醛的广口瓶含量。4不同采样方法的比较去离子水5种采样方法的详细比较见表4。图5甲醛挥发法试样放置示意图表45种采样方法的比较项目采样袋法检测舱法顶空法热解析法甲醛挥发法试验样品零部件、材料零部件、材料材料材料材料装载试样的容器采样袋检测舱顶空瓶热解析管广口瓶待测物质的载体氮气、空气空气氨气分析仪器GCMS+HPLC GCMS+HPLC+FIDGC+FIDGCMSUV/HPLC采样附件吸附管吸附管顶空进样器热解析仪投资成本十+十十使用成本参考文献:test chamber [s],2005[1]HJT400车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方[5] GW 8081 Static headspace GC-MS for interior法[S],2007materialsIs], 2005[2]GB/T27630乘用车内空气质量评价指南[S][6]D105495热解吸/色谱/质谱分析法对汽车座仓内材2011料的挥发性有机化合物(VOC)的量化评价[S],20083 NES M0402 voC test method of cabin parts [S][7]D405535汽车车内材料中醛和其他羰基化合物的分2005.析液相色谱分析[S],2009[4VDA 276 Determination of organic substances asemitted from automotive interior products using a 1 m3(上接第11页)[8]GBT1843-2008,塑料悬臂梁冲击强度的测定[S][2]GBT3681-2000,塑料大气暴露试验方法[S][9]GB111862-1989,漆膜颜色的测量方法第二部分[3]GB/T164222-1999,塑料实验室光源暴露试验方法颜色测量[S]第2部分:氙弧灯[S][10]GB111863-1989,漆膜颜色的测量方法第三部分:[4]PV3929-2008,干热气候条件下的耐候性试验[S]色差计算[S][5]GB丌2918-1998,塑料试样状态调节和试验的标准[11]L. Audouin, S. Girois, L. Achimsky, et al. Effect of环境要求[S]temperature on the photooxidation of polypropylene films.[6]GB丌T1040.2-2006,塑料拉伸性能的测定第2部分:Polymer Degra中国煤化工98,60:137模塑和挤塑塑料的试验条件[S]143CNMHG[7]GB/T9341-200,塑料弯曲性能试验方法[S]M2012年第12期汽车工艺与材料AT&M17