车内空气质量对司机及乘员的健康带来很大影响,各大主机厂对汽车散发特性和VOC的要求越来越高。本文研究了一种高分子材料,该材料在改性聚丙烯PP/PE-TD20的基础上,用5%无机多孔矿物质页岩蛋白石粉代替5%滑石粉。研究表明新材料的基本物理性能及系列外观检测满足客户标准,散发四项及VOC检测数值明显降低,证明此材料是一种健康环保型低VOC改性聚丙烯材料。 Automotive interior air quality brings great influence on the health of the driver and passengers. OEM requirements for vehicle emissions and VOCs (volatile organic compounds) are more and more seriously. In this paper, we studied a kind of polymer material, which using 5% inorganic porous mineral shale protein powder replaced 5% talc powder basis on modified polypropylene PP/PE-TD20 material. The studies show that the basic physical properties and appearance test of the new material can meet the OEM standard, four emissions and VOC test values decrease obvi-ously. It is proved that the material is a kind of healthy and environmentally friendly low VOC modified polypropylene materials.
张丽丽1,丁慧敏1,曹骥2,闫涛1,贾晓彦1,王微微3
1长春富维安道拓汽车饰件系统有限公司,吉林 长春
2北京汽车股份有限公司汽车研究院,北京
3一汽–大众汽车有限公司技术开发部,吉林 长春
收稿日期:2019年11月4日;录用日期:2019年11月19日;发布日期:2019年11月26日
车内空气质量对司机及乘员的健康带来很大影响,各大主机厂对汽车散发特性和VOC的要求越来越高。本文研究了一种高分子材料,该材料在改性聚丙烯PP/PE-TD20的基础上,用5%无机多孔矿物质页岩蛋白石粉代替5%滑石粉。研究表明新材料的基本物理性能及系列外观检测满足客户标准,散发四项及VOC检测数值明显降低,证明此材料是一种健康环保型低VOC改性聚丙烯材料。
关键词 :低VOC,聚丙烯,页岩蛋白石粉,环保型
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当前,汽车是人们生活的重要组成部分,车内空气质量对司机及乘员的健康带来很大影响 [
国家法规和行业标准促使汽车向健康环保方向发展。我国于2007年底发布了《HJ/T 400-2007:车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》,并于2008年3月开始实施 [
在PP原料方面,许多企业开展了低气味PP树脂的生产研究 [
本文基于汽车内饰常用的改性聚丙烯PP/PE-TD20材料,将5%的页岩蛋白石粉替换5%的滑石粉,并对这两种材料进行对比研究,如表1所示,样品由台湾震雄1500吨注塑机制备。
5%页岩蛋白石粉替换5%滑石粉后,需要在保证材料基本物理和外观性能的基础上,降低散发四项和VOC的数值,表2为主要检测项。
样品编号 | 原材料 | 牌号 | 供应商 |
---|---|---|---|
1# | PP/PE-TD20 (滑石粉20) | PPB104D15022 | 东承住化 |
2# | PP/PE-MD20 (滑石粉15 + 页岩蛋白石粉5) | BRE62HBJD-16 | 东承住化 |
表1. 试验材料
检测项目 | 检测设备 | 设备型号 | 检测标准 |
---|---|---|---|
密度 | 电子天平 | BP221S | DIN EN ISO 1183 |
拉伸强度/断裂伸长率 | 万能试验机 | Z005C | DINENISO 527-2 |
缺口冲击强度 | Zwick冲击试验机 | HIT5.5 | DINENISO 179-1eA |
弯曲模量 | 万能试验机 | Z005C | DINENISO 178 |
熔融指数 | 熔融指数仪 | MP600 | DINENISO 1133 |
耐刮擦 | 耐刮擦试验机 | 430P-1 | PV3952 |
耐光性 | 氙灯老化试验箱 | Ci4000 | PV1303 |
耐发粘 | 氙灯老化试验箱 | XXL | PV1306 |
耐热老化 | 高温试验箱 | PH-101 | TL52388 |
气味 | 气味瓶(1 L) | ---- | PV3900 |
总碳 | 气相色谱仪 | 7890A | PV3341 |
甲醛 | 测试仪 | ---- | PV3925 |
冷凝 | 雾化仪 | HAAKE K20 | PV3015 |
VOC (醛酮) | 液相色谱仪 | 1525 | Q/FC-CD05-011 |
VOC (苯系物) | 气相-质谱联用仪 | 7890A/5975C | Q/FC-CD05-011 |
表2. 试验项目及检测标准
在聚丙烯(PP)改性过程中,通常会加入一些辅助材料和添加剂,如矿物填料、玻璃纤维、相容剂、弹性体及抗氧剂等,这些组分的加入会由于本身的气味或者加工过程中的高温、高剪切而产生气味 [
图1. 吸附原理图
表3为两种材料制件的力学性能和MFR的测试结果,从表中可以看出,由5%页岩蛋白质粉代替5%滑石粉后,材料的密度无变化,拉伸强度、缺口冲击强度、弯曲模量和MFR有所下降,断裂伸长率有所增加,但检测值都在标准范围以内。这说明用页岩蛋白石粉替换部分滑石粉后,力学性能和加工性能是有下降趋势的,所以要保证材料满足标准要求,页岩蛋白石粉的含量要控制在5%以内。
样品编号 | 密度 (g/cm3) | 拉伸强度 (MPa) | 断裂伸长率 (%) | 缺口冲击强度 (KJ/m2) | 弯曲模量 (MPa) | MFR (g/10 min) |
---|---|---|---|---|---|---|
1# | 1.02 | 20.2 | 108 | 24.8 | 1503 | 25.2 |
2# | 1.02 | 17.9 | 125 | 21.6 | 1284 | 21.2 |
检测标准 | 1.04 ± 0.02 | ≥15 | ≥4 | ≥20 | ≥1100 | 实测值 |
表3. 两种材料制件物理性能检测结果
表4和图2为5%页岩蛋白石粉代替5%滑石粉后材料在耐刮擦、耐光照、耐发粘和耐热老化试验后的表面变化。塑料件的耐刮擦性定义为材料本身具有的对机械压力(例如尖锐物体或圆头物体的耐刮擦动作)的抵抗性,采用比色法测量,制件在进行耐刮擦试验后测量值是1.27,满足试验标准要求。耐光照试验是按照PV1303标准对光照后(5个周期)的制件表面进行评价,该评价通过五个等级的灰度尺来判断受光照后制件表面的褪色程度,从5级到1级(灰度)代表受光照后样件的颜色变得越来越浅,也就是褪色程度越来越大。如表4及图2(b)所示,经过5个周期的照射后,制件目视外观质量都满足标准要求,表面无亮斑或发花现象,无可见或可以感觉到的析出物等异常现象,灰度等级为4级,满足要求。耐发粘试验是按照PV1306标准对制件进行5个周期的照射,然后评价制件表面的发粘程度,共分为8个等级。如表4及图2(b)所示,经过5个周期的照射后,样件表面无任何异常变化,不发粘,满足标准要求。耐热老化是在150℃ 400小时的条件下,评价制件是否有表面结构的变化,PP是否有典型的分解。从表中描述和图2(c),图2(d)可看出,耐老化试验后表面无明显变化,由5%页岩蛋白质粉代替5%滑石粉后的改性聚丙烯制件,可以满足系列外观类试验检测要求。
散发四项是对气味、总碳、雾度、甲醛进行检测。根据PV3900汽车内饰件气味检测标准,气味评价标准可分6级,从表5中数据读出,由5%页岩蛋白石粉代替5%滑石粉后,气味由5级降低到4级。总碳测试的是材料中总的有机小分子挥发物;甲醛的限制主要考虑甲醛的挥发对人体的伤害;冷凝是用来检测温度100℃左右材料中挥发出来的小分子的量,用来模拟车内高温环境下,仪表板等零件中挥发出来的小分子凝结在风挡上对车内环境造成的污染以及对视线造成影响等问题。表5数据表明,制件1#和2#的总碳、甲醛和冷凝测试结果均满足标准要求,但2#件的数值更低。综合来看,5%页岩蛋白石粉代替5%滑石粉,对PP材料的气味等降低起到很大作用。
VOCs (volatile organic compounds),是指车辆驾驶舱/行李舱内零件或材料散发的挥发性有机化合物,主要包括苯系物、醛酮类物质以及十一烷、乙酸丁酯、邻笨二甲酸酯类等。按照一汽轿车Q/FC-CD05-011标准,用10L袋子评价方法的规定对2种样品进行VOC检测,散发到空气中的苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛的检测结果见表6。从表中数据可看出,由5%页岩蛋白石粉代替5%滑石粉后,除了甲苯的检测值略有升高、苯的检测值保持不变外均大幅度下降。同时,1#样品二甲苯、乙苯和乙醛的检测结果不合格,2#样品测试结果均在标准要求范围内。从VOC测试结果上看,2# 样品是一种低VOC环保型聚丙烯材料。
耐刮擦 | 耐光照 | 耐发粘 | 耐热老化 | |
---|---|---|---|---|
检测值 | 1.27 | 4级 | 无发粘 | 无粉化,无裂纹 |
检测标准 | ≤1.5 | ≥4级 | 无发粘 | 无表面的结构变化 |
表4. 2#制品外观性能测试结果
图2. 2#制品外观试验前后对比。(a) 耐刮擦,(b) 耐光照,(c) 耐发粘,(d) 耐热老化
测试项目 | 限定值 | 1# | 2# |
---|---|---|---|
气味 | 4.0级 | 5 | 4.0 |
总碳 | ≤40 μgC/g | 16.7 | 1.3 |
甲醛 | ≤3 mg/Kg | 0.068 | 0.042 |
冷凝 | ≤1.5 mg | 0.98 | 0.25 |
表5. 两种制品散发四项测试结果对比
编号 | 苯 | 甲苯 | 二甲苯 | 乙苯 | 苯乙烯 | 甲醛 | 乙醛 | 丙烯醛 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1# | 1.7 | 2.4 | 97.2 | 59.8 | 1.5 | 30.5 | 139.5 | N.D |
2# | 1.7 | 5.5 | 0.8 | 1.1 | 0.8 | 7.7 | 36.7 | N.D |
标准 | ≤30 | ≤60 | ≤60 | ≤50 | ≤50 | ≤100 | ≤50 | ≤20 |
表6. 两种制品VOC测试结果对比
本文基于汽车内饰常用的改性聚丙烯PP/PE-TD20材料,将5%的页岩蛋白石粉替换5%的滑石粉,并对这两种材料进行对比研究。研究表明新材料的物理性能和外观试验检测均满足客户试验标准要求,同时散发四项和VOC检测数值明显降低,说明PP/EP-MD20是一种健康环保低VOC改性聚丙烯汽车内饰材料,可进一步推广应用。
张丽丽,丁慧敏,曹 骥,闫 涛,贾晓彦,王微微. 一种低VOC汽车内饰聚丙烯材料的应用The Application of an Interior Low VOC Polypropylene Material[J]. 应用物理, 2019, 09(11): 477-482. https://doi.org/10.12677/APP.2019.911058