某乘用車眼鏡盒橡膠污染原因分析

曹靜，鄭敬峰，丁振杰，曲再鵬

（泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201208）

前言

目前乘用車市場有些車型在駕駛側(cè)會設(shè)計眼鏡盒，方便用戶存放太陽鏡等物品。市場上所售車型中，眼鏡盒橡膠墊材料一般都為三元乙丙橡膠（EPDM），因為三元乙丙橡膠擁有優(yōu)異的耐老化、耐臭氧和耐侵蝕性能，廣泛運用在生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域[1-3]。然而，橡膠在和其他產(chǎn)品長期接觸中，有可能會對周邊產(chǎn)品造成顏色污染。橡膠污染情況在車輛中有多種形式，如密封條噴霜[4]、油漆污染[5]等，橡膠中的不同析出物遷移到與之接觸的周邊零件中，造成周邊零件表面出現(xiàn)不同顏色的著色污染，尤其是淺色零件表面污染現(xiàn)象尤為明顯。

某款車型眼鏡盒設(shè)計如圖1所示，主要結(jié)構(gòu)是由PP塑料、泡棉、基座、金屬墊片、阻尼、EPDM橡膠墊以及其他一些緊固件構(gòu)成。市場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在用戶車輛正常使用過程中，個別用戶車輛中眼鏡盒會在正常使用中出現(xiàn)污染情況，眼鏡盒按鈕橡膠墊周圍顏色變深，如圖2所示，這種顏色遷移會給用戶帶來不好的視覺體驗。目前乘用車市場中很多車型內(nèi)飾顏色都是淺色系，產(chǎn)品出現(xiàn)污染很容易被客戶察覺，造成售后抱怨。因此，有必要分析污染產(chǎn)生的原因，杜絕這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，為用戶提供良好的產(chǎn)品外觀體驗。

圖1 某乘用車眼鏡盒

圖2 眼鏡盒出現(xiàn)污染

本文則主要通過分析眼鏡盒橡膠本體以及析出物成分，確定析出物質(zhì)，對著色污染原因進行分析并制定對應(yīng)解決方案，同時通過自然暴曬試驗，模擬用戶正常使用五年后眼鏡盒的使用狀態(tài)，評估解決方案的可行性。

1 試驗方法

1.1試樣準備

選擇污染產(chǎn)品進行成分分析測試。挑選污染產(chǎn)品同一批次產(chǎn)品以及整改后產(chǎn)品進行自然暴曬對比試驗，試驗前保證樣品表面的清潔，確保分析的準確性。

1.2試驗方案

成分分析測試選擇傅里葉紅外光譜，感應(yīng)耦合電漿分析，氣相色譜質(zhì)譜，能量色散X射線光譜，熱重分析，熱裂解氣相色譜測試，確定污染產(chǎn)品橡膠、塑料以及污染區(qū)域物質(zhì)組成。

自然暴曬試驗在美國亞利桑那試驗室進行，暴曬能量為10 000蘭利，溫度為85 ℃。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1眼鏡盒橡膠墊與本體塑料成分分析

為了明確污染物的組成成分，需要首先確定橡膠和塑料本體的具體組成成分。因此對橡膠以及未污染塑料區(qū)域分別進行ICP和CGMS分析，結(jié)果分別如表1和圖3、4所示。其中，ICP主要用于確定組成中的無機物含量，而CGMS則主要用于確定有機物成分。

表1 元素含量

圖3 污染件橡膠GCMS

圖4 污染件塑料GCMS

接著，對眼鏡盒不同區(qū)域進紅外光譜分析，分別測試眼鏡盒塑料本體、橡膠墊以及污染區(qū)域，測試結(jié)果如圖5所示。

圖5 污染件紅外圖

從橡膠墊、塑料本體以及污染區(qū)域的的紅外光譜來看，污染區(qū)域與塑料本體測得的特征峰幾乎重合，只在1 500 cm-1區(qū)域有特征峰的區(qū)別，而這兩個特征峰在橡膠的紅外譜圖中也能對應(yīng)上，因此初步推測應(yīng)該是橡膠墊中某些物質(zhì)析出，從而造成顏色污染。

結(jié)合ICP、CGMS和紅外光譜結(jié)果，可以確定橡膠的組成成分，如表2所示。

表2 污染件橡膠部位成分

2.2析出物質(zhì)成分分析

為進一步確定析出物成分并分析析出原因，選擇眼鏡盒污染區(qū)域位置和正常樣件橡膠墊周圍塑料區(qū)域進行EDS、TGA和PGC檢測，結(jié)果如圖6~8所示。EDS能譜分析可以通過半定量的方法確定材料中的元素比例，TGA熱重法是測試試樣的質(zhì)量隨溫度變化的一種方法，可以得到材料的熱穩(wěn)定性以及組分信息。PGC裂解色譜能夠?qū)⒉粨]發(fā)的分子加熱分解成適合色譜分析的碎片，從而得到不揮發(fā)材料的特征指紋。結(jié)合這三種方法，能夠較全面并準確得獲得析出區(qū)域的組成成分。

圖6 EDS能譜

依據(jù)以上測試結(jié)果，可以判斷析出物組分及含量如表3所示。

表3 污染樣件塑料抽出物（與橡膠接觸部位）

因此，污染產(chǎn)品主要是橡膠墊中石蠟油、雙酚A以及防老化劑4010NA的析出。其中，石蠟油和雙酚A都是無色成分，而4010NA在常溫下為淺紅色至紫紅色、褐色粒狀物質(zhì)，因此可以判斷，污染的主要原因是該物質(zhì)的析出，容易使淺色塑料表面變色，造成顏色污染。一般情況下，4010NA是天然橡膠、合成橡膠及膠乳的通用型優(yōu)良防老劑，對臭氧、屈撓龜裂的防護性能特佳，也是熱、氧、光等和一般老化的優(yōu)良防老劑，但是，該防老劑有污染性，只能用于深色制品。所以，決定嘗試在橡膠制作中取消該防老化劑的加入，并進行自然暴曬試驗驗證解決方案的可行性。

圖7 污染件抽出物TGA

圖8 污染件抽出物PGC

2.3自然暴曬試驗

自然暴曬試驗是一種加速探知產(chǎn)品潛在失效模式的試驗，模擬產(chǎn)品在溫度和光照影響下，五年后的使用狀態(tài)，因此，我們選擇將眼鏡盒整改前和整改后的產(chǎn)品一起進行暴曬試驗，試驗后產(chǎn)品外觀如圖9所示。

圖9 自然暴曬后樣件

從試驗結(jié)果可以看出來，整改前的樣件在進行自然暴曬試驗后，會明顯出現(xiàn)一圈顏色污染，而取消4010NA防老化劑后，產(chǎn)品表面不會再發(fā)生顏色污染。且橡膠在暴曬中也未出現(xiàn)明顯老化現(xiàn)象，因此，取消4010NA防老化劑，不僅能避免眼鏡盒污染現(xiàn)象的發(fā)生，也不會降低橡膠的防老化性能！

3 結(jié)論

1）污染產(chǎn)品的塑料件中含有橡膠防老劑4010NA，橡膠在與淺色塑料長期接觸以后，橡膠中的石蠟油和該防老化劑會析出，遷移至塑料的表面，使塑料件變色，造成顏色污染。

2）取消橡膠中的防老化劑4010NA，不僅可以避免眼鏡盒污染現(xiàn)象的發(fā)生，同時也不會降低橡膠的防老化性能。

4 建議

針對轎車內(nèi)眼鏡盒產(chǎn)品，由于所使用的橡膠EPDM本身具有良好的抗老化性能，可以不用添加防老劑，特別是深色防老劑，如：4010NA、4010、4020和RD等，如要添加，可以適當加入少量非污染型防老劑，如：BHT、2246、MB等。