某乘用车眼镜盒橡胶污染原因分析

2021-07-21曹静郑敬峰丁振杰曲再鹏

环境技术 2021年3期

曹静，郑敬峰，丁振杰，曲再鹏

（泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201208）

前言

目前乘用车市场有些车型在驾驶侧会设计眼镜盒，方便用户存放太阳镜等物品。市场上所售车型中，眼镜盒橡胶垫材料一般都为三元乙丙橡胶（EPDM），因为三元乙丙橡胶拥有优异的耐老化、耐臭氧和耐侵蚀性能，广泛运用在生产生活的各个领域[1-3]。然而，橡胶在和其他产品长期接触中，有可能会对周边产品造成颜色污染。橡胶污染情况在车辆中有多种形式，如密封条喷霜[4]、油漆污染[5]等，橡胶中的不同析出物迁移到与之接触的周边零件中，造成周边零件表面出现不同颜色的着色污染，尤其是浅色零件表面污染现象尤为明显。

某款车型眼镜盒设计如图1所示，主要结构是由PP塑料、泡棉、基座、金属垫片、阻尼、EPDM橡胶垫以及其他一些紧固件构成。市场调查发现，在用户车辆正常使用过程中，个别用户车辆中眼镜盒会在正常使用中出现污染情况，眼镜盒按钮橡胶垫周围颜色变深，如图2所示，这种颜色迁移会给用户带来不好的视觉体验。目前乘用车市场中很多车型内饰颜色都是浅色系，产品出现污染很容易被客户察觉，造成售后抱怨。因此，有必要分析污染产生的原因，杜绝这种现象的产生，为用户提供良好的产品外观体验。

图1 某乘用车眼镜盒

图2 眼镜盒出现污染

本文则主要通过分析眼镜盒橡胶本体以及析出物成分，确定析出物质，对着色污染原因进行分析并制定对应解决方案，同时通过自然暴晒试验，模拟用户正常使用五年后眼镜盒的使用状态，评估解决方案的可行性。

1 试验方法

1.1试样准备

选择污染产品进行成分分析测试。挑选污染产品同一批次产品以及整改后产品进行自然暴晒对比试验，试验前保证样品表面的清洁，确保分析的准确性。

1.2试验方案

成分分析测试选择傅里叶红外光谱，感应耦合电浆分析，气相色谱质谱，能量色散X射线光谱，热重分析，热裂解气相色谱测试，确定污染产品橡胶、塑料以及污染区域物质组成。

自然暴晒试验在美国亚利桑那试验室进行，暴晒能量为10 000兰利，温度为85 ℃。

2 试验结果与讨论

2.1眼镜盒橡胶垫与本体塑料成分分析

为了明确污染物的组成成分，需要首先确定橡胶和塑料本体的具体组成成分。因此对橡胶以及未污染塑料区域分别进行ICP和CGMS分析，结果分别如表1和图3、4所示。其中，ICP主要用于确定组成中的无机物含量，而CGMS则主要用于确定有机物成分。

表1 元素含量

图3 污染件橡胶GCMS

图4 污染件塑料GCMS

接着，对眼镜盒不同区域进红外光谱分析，分别测试眼镜盒塑料本体、橡胶垫以及污染区域，测试结果如图5所示。

图5 污染件红外图

从橡胶垫、塑料本体以及污染区域的的红外光谱来看，污染区域与塑料本体测得的特征峰几乎重合，只在1 500 cm-1区域有特征峰的区别，而这两个特征峰在橡胶的红外谱图中也能对应上，因此初步推测应该是橡胶垫中某些物质析出，从而造成颜色污染。

结合ICP、CGMS和红外光谱结果，可以确定橡胶的组成成分，如表2所示。

表2 污染件橡胶部位成分

2.2析出物质成分分析

为进一步确定析出物成分并分析析出原因，选择眼镜盒污染区域位置和正常样件橡胶垫周围塑料区域进行EDS、TGA和PGC检测，结果如图6~8所示。EDS能谱分析可以通过半定量的方法确定材料中的元素比例，TGA热重法是测试试样的质量随温度变化的一种方法，可以得到材料的热稳定性以及组分信息。PGC裂解色谱能够将不挥发的分子加热分解成适合色谱分析的碎片，从而得到不挥发材料的特征指纹。结合这三种方法，能够较全面并准确得获得析出区域的组成成分。

图6 EDS能谱

依据以上测试结果，可以判断析出物组分及含量如表3所示。

表3 污染样件塑料抽出物（与橡胶接触部位）

因此，污染产品主要是橡胶垫中石蜡油、双酚A以及防老化剂4010NA的析出。其中，石蜡油和双酚A都是无色成分，而4010NA在常温下为浅红色至紫红色、褐色粒状物质，因此可以判断，污染的主要原因是该物质的析出，容易使浅色塑料表面变色，造成颜色污染。一般情况下，4010NA是天然橡胶、合成橡胶及胶乳的通用型优良防老剂，对臭氧、屈挠龟裂的防护性能特佳，也是热、氧、光等和一般老化的优良防老剂，但是，该防老剂有污染性，只能用于深色制品。所以，决定尝试在橡胶制作中取消该防老化剂的加入，并进行自然暴晒试验验证解决方案的可行性。