耐候聚丙烯老化行为的研究

test chamber［S］，2005. ［5］GW 8081 Static headspace GC-MS for interior materials[S],2005. ［6］D10 5495 热解吸/色谱/质谱分析法对汽车座仓内材 料的挥发性有机化合物（VOC）的量化评价［S］，2008. ［7］D40 5535 汽车车内材料中醛和其他羰基化合物的分 析液相色谱分析［S］，2009.
项目 试验样品 装载试样的容器 待测物质的载体 分析仪器 采样附件 投资成本 使用成本
采样袋法 零部件、材料
采样袋 氮气、空气 GCMS+HPLC
吸附管 ++ ++
表4 5种采样方法的比较
检测舱法 零部件、材料
检测舱 空气
GCMS+HPLC+FID 吸附管
+++++ +++
顶空法 材料
顶空瓶 空气
GC+FID 顶空进样器
利用光泽计测试不同氙灯老化试验阶段PP小 方片样板（色板）的表面光泽度（60°）；按GB 11186.2-1989[9]和GB 11186.3-1989[10]测量和计算 PP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。 2.4.3 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KBr 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 4 000 cm-1，分 辨率为4 cm-1，扫描次数为32次。
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过4 000 h，根据经验判断，属于高耐候候PP红外图谱的变化
在氙灯老化4 000 h的耐候PP表面取样，利用傅 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1 725 cm-1处羰 基振动峰的吸收强度明显增强（图4）。Audouin[11] 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。PV 3929的样品 表面温度最高可达90 ℃，而GB/T16422.2的样品 表面最高温度为65 ℃。根据阿累尼乌斯原理，温 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 变化相差会比较大，表现在红外图谱上就是羰基振 动吸收峰的强度不同，从而影响材料的色差等宏观 性能。
图2 耐候PP光泽保持率的变化情况 3.3 耐候PP色差的变化
从图3看出，耐候PP的色差在两种氙灯试验前期 基本都无明显变化。按PV 3929试验2 500 h后，色差 变化速率加快；按GB/T 16422.2则需试验5 000 h以 上才会逐渐发生较明显变化（当色差变化值达到3以 上时，肉眼才会观察到比较明显的颜色变化）。耐候 PP在两种氙灯老化试验中色差达到3的试验时间均超
汽车厂商在对材料性能进行控制时，一般以材 料在氙灯试验箱中曝露1 500 2 000 h的性能变化情 况作为是否选用的依据。下面研究汽车外饰件用耐候 PP在不同氙灯光老化试验中的老化行为，并对老化 试验结果与耐候PP海南琼海自然暴露试验结果的相 关性进行了初步研究。
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2 试验
2.1 主要设备和仪器 a.旋转式水冷氙弧灯：Ci4000型，美国Atlas
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［8］GB/T 1843-2008，塑料悬臂梁冲击强度的测定［S］. ［9］GB 11186.2-1989，漆膜颜色的测量方法 第二部分: 颜色测量［S］. ［10］GB 11186.3-1989, 漆膜颜色的测量方法 第三部分: 色差计算［S］. ［11］L. Audouin, S. Girois, L. Achimsky, et al. Effect of temperature on the photooxidation of polypropylene films. Polymer Degradation and Stability ［J］. 1998，60:137143.
图4 耐候PP的红外图谱 3.5 老化试验相关性的研究
在考察氙灯光老化试验结果与自然曝露试验结
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—— 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 不同的性能进行相关性评价时，得出的结论可能会有 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/T 16422.2的试验结果与自然曝露试验结果更为接近， 说明这两者的相关性优于自然曝露试验与PV 3929的 相关性。
++ +
热解析法 材料
热解析管 氦气 GCMS
热解析仪 + +
甲醛挥发法 材料 广口瓶 水
UV/HPLC
+ +
参考文献： ［1］HJ/T400 车内挥发性有机物和醛酮类物质 采样测定方 法［S］，2007. ［2］GB/T 27630 乘用车内空气质量评价指南［S］， 2011. ［3］NES M0402 VOC test method of cabin parts［S］， 2005. ［4］VDA 276 Determination of organic substances as emitted from automotive interior products using a 1 m3
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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1 500 2 000 h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/T 16422.2的试验结果与琼海自然暴露试验结果的相关性较好。
图5 氙灯与自然曝露试验相关性比较
4 结论
根据以上讨论结果，可以有以下几点结论。 a.该耐候PP在不同氙灯试验中试验1 500 2 000 h 时，除光泽稍有下降外，其余各项性能基本保持不 变，满足作为汽车外饰件的耐候性能要求；进一步延 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 相关性不同，GB/T 16422.2的相关性较好，PV 3929 相关性较差。 参考文献： ［1］胡行俊. 聚丙烯光氧老化研究（Ⅱ）—聚丙烯材料环 境适应性行为规律［J］. 合成材料老化与应用，2003，32 （3）: 1-3.
按GB/T 2918-1998[5]要求，经氙灯老化试验 不同时间的样条在23 ℃条件下进行48 h的状态调 节后，通过材料万能试验机分别按照GB/T 1040.22006[6]、GB/T 9341-2000[7]和GB/T 1843-2008[8]测 试试样的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度。拉伸速率 为30 mm/min，弯曲速率为2 mm/min；对氙灯老化 试验后的弯曲样条进行测试时，面向光源的一面朝 下；摆锤能量为5.5 J。每组测试采用5条试样，结果 取算术平均值。 2.4.2 光学性能测试
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（上接第11页） ［2］GB/T 3681-2000，塑料大气暴露试验方法［S］. ［3］GB/T 16422.2-1999，塑料实验室光源暴露试验方法 第2部分：氙弧灯［S］. ［4］PV 3929-2008，干热气候条件下的耐候性试验［S］. ［5］GB/T 2918-1998，塑料试样状态调节和试验的标准 环境要求［S］. ［6］GB/T 1040.2-2006，塑料拉伸性能的测定 第2部分： 模塑和挤塑塑料的试验条件［S］. ［7］GB/T 9341-2000，塑料弯曲性能试验方法［S］.
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大气无背板曝露试验。曝露角为南向45°，每3个月 取样测量色差一次，并记录样品接收的总辐照量。 2.3 耐候PP的氙灯老化试验
根据GB/T 16422.2-1999[3]和大众汽车公司PV 3929 [4]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。 2.4 试验样品的性能测试及其结构表征 2.4.1 力学性能测试
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：U465.4+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 鲁 揭敢新 胡利芬 李 婵
浙江吉利汽车研究院有限公司 刘 强 李 莉 王文涛
1 前言
耐候聚丙烯（PP）具有合成工艺简单、价格低廉 和易于加工成型等综合性能，近年来在五大通用热塑 性树脂中成为用量增长最快的品种。纯PP分子结构中 存在叔碳原子，在光、热、水等的作用下容易发生反 应，是耐候性最差的高分子材料之一[1]，但经过适当改 性后，耐候性大大提高，可用作汽车内、外饰材料。
3 结果与讨论
3.1 耐候PP力学性能的变化 对按标准GB/T 16422.2试验不同时间的耐候PP
取样进行力学性能测试，发现经过1 500 h后，样品 的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度都无明显下降（图 1）。说明该耐候PP的力学性能比较稳定，在汽车厂 商规定的试验时间内力学性能没有发生显著的下降。