基于PC/ABS的汽車內飾油漆件性能研究

夏夢閣，徐青華

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基于PC/ABS的汽車內飾油漆件性能研究

夏夢閣，徐青華

（上海躍貝新材料科技股份有限公司，上海 201805）

汽車內飾件直接影響乘客對汽車舒適感的判斷，油漆件裝飾美觀，外觀顏色和光澤均勻性較好，油漆件的質量控制非常重要，油漆表面開裂、起泡、縮印會嚴重影響內飾件的美觀。文章研究了基于PC/ABS合金的出風口飾框（啞光油漆件和高光油漆件）表面油漆件的性能，特別研究油漆種類對散發類試驗（氣味評價、霧化冷凝、總碳散發和甲醛測試）的影響規律；對比老化試驗（熱老化、高溫高濕老化、氣候交變老化、氙燈老化）前后的劃格和刮擦結果；評價兩種油漆噴涂的PC/ABS零件表面的耐磨性能和耐化學品性能，為汽車內飾油漆件提供了試驗參考和檢測依據。

PC/ABS；油漆件；高光；啞光；性能

1 研究背景

汽車內飾件是指具有一定裝飾性及功能性的車內零部件，主要包括塑料件、油漆件、皮革織物和地毯[1,2]。其中油漆件裝飾美觀，外觀顏色和光澤均勻性較好，常見油漆件以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）或PC/ABS合金（PC：聚碳酸酯）為基材，是制造汽車儀表板周圍部件、車門把手、中央通道裝飾板和空調系統配件等汽車零部件的理想原材料[3-5]。

通過噴涂工藝制備的油漆裝飾件不但要滿足基材自身的性能要求，而且油漆與基材的揮發性有機化合物（VOC）含量、附著力與油漆惰性都是考察的重點，根據油漆的不同又分為啞光油漆、高光油漆、金屬油漆等[6]。本文從氣味評價、霧化冷凝、總碳散發和甲醛測試四個方面研究了啞光油漆和高光油漆對散發性能的影響規律。供貨態、熱老化、高溫高濕老化、氣候交變老化和氙燈老化后噴涂啞光油漆和高光油漆的PC/ABS出風口飾框的表面情況，特別是老化前后的劃格和刮擦試驗結果，直觀反映了模擬條件下樣品的狀態。本文最后對油漆件的耐磨性能和耐化學品性能進行了詳細評價[7-9]。為汽車內飾油漆件新材料開發提供了試驗參考和檢測依據。

2 實驗部分

2.1 原料制備

將64份PC、32份ABS，3份相容劑，0.5份抗氧劑，0.5份色粉經過高速混合機混合均勻，然后通過雙螺桿擠出機制備PC/ABS合金材料。其中產品原材料：PC為2800，科思創聚合物（中國）有限公司；ABS：777D，奇美實業股份有限公司；相容劑：2620，陶氏化學；抗氧劑：168/1098，巴斯夫化工有限公司；色粉：市售。生產所用設備為雙螺桿擠出機：TSE-65，南京瑞亞擠出機械制造有限公司。對于噴涂油漆的零件，需要先將PC/ABS合金注塑成汽車內飾出風口飾框，然后分別噴涂啞光油漆和高光油漆制備產品，啞光油漆為佩特化工（上海）有限公司提供，高光油漆為美凱威奇涂料公司提供。

2.2 儀器設備

金相顯微鏡，CDM-806C，上海茶明光學儀器有限公司；多刃刀，5125，BYK；硬度筆，318，Erichsen；氣相色譜儀：7890B，Agilent；霧化冷凝儀：Horizon，Thermo Scientific；紫外分光光度計：Lambda 265，PerkinElmer；高溫烘箱：FD115，賓德環境試驗設備有限公司；環境箱：C4-340，偉思富奇環境試驗儀器（太倉）有限公司，氙燈老化儀試驗箱：Xenotest Beta+，ATLAS；電動摩擦試驗機，GT-7034-AN，高鐵檢測儀器有限公司。

2.3 性能測試

根據ISO 2808方法分別測試PC/ABS基材表面啞光油漆和高光油漆的厚度，環氧樹脂鑲嵌小塊零件樣品后用金相砂紙拋光，在金相顯微鏡下觀察并測量表面油漆厚度。油漆劃格試驗和刮擦試驗參考DIN EN ISO 2409標準。汽車內飾材料中的散發試驗包括：氣味評價、霧化冷凝、總碳散發和甲醛測試。按照PV3900進行氣味試驗，霧化冷凝用霧化儀按照PV3015標準進行，內飾件甲醛試驗參照PV3925標準進行，總碳散發用氣相色譜儀按照PV3341標準檢測。熱老化試驗在高溫烘箱中進行，將零件放置在105℃高溫烘箱中存放500小時。高溫高濕老化試驗是將零件放置在90℃，95%R.H.環境箱中存放72小時；氣候交變試驗在環境箱中進行8周期存放，每周期試驗條件：（1）1h從室溫（23℃，30% R.H.）升高到80℃，80% R.H.，（2）在80℃，80% R.H.條件下保持4h，（3）2h溫度從80℃降低到-40℃，（4）在-40℃保持4h，（5）1h從-40℃升高到23℃，30% R.H.。樣品耐光老化性能采用PV1303進行，設定黑標溫度100±3℃，箱內溫度65±3℃，相對濕度（20±10）%，輻照劑量60W/m2，輻照能量70MJ/m2。耐磨試驗按照PV3906進行，將平整的樣品固定在電動摩擦試驗機上，負載9N，設置摩擦次數。耐試劑的耐磨試驗：將純棉白布浸泡在蒸餾水、0.5Vol%的表面活性劑水溶液，人工汗液A、人工汗液B、含氨和酒精的洗滌劑、洗滌用汽油和甲基化酒精中，完全浸透后放置在摩擦頭上開始耐磨試驗。其中人工汗液A：0.75Vol%的醋酸溶液；人工汗液B：0.036wt%的氨水和0.5wt%的氯化鈉溶液。

3 結果與討論

3.1 PC/ABS油漆表觀性能

圖1 樣品油漆厚度

汽車內飾零件的顏色和外觀光澤是人們對內飾材料的直觀印象，汽車內飾零件必須符合設計圖紙和標準要求。PC/ABS基材在完成油漆噴涂后，成品零件表面不允許存在小孔，裂紋，縮痕和其他缺陷，在整個零件表面上應具有均勻的外觀，保證顏色和光澤與周圍匹配零件一致。其中油漆噴涂厚薄是對零件外觀影響較大的因素，成品零件在質量管控中首先也需要根據ISO 2808標準測試漆膜厚度。基于PC/ABS出風口飾框的兩種油漆（啞光漆和高光漆）厚度如圖1所示，零件中啞光漆的厚度為平均厚度為47.57μm，而高光漆的厚度為平均厚度為30.28μm。

供貨態零件表面油漆分布均勻，無氣泡和裂紋，根據DIN EN ISO 2409標準進行劃格和刮擦試驗，可以初步判定啞光漆和高光漆在PC/ABS基材上的附著性。劃格實驗的等級評價可以分為0級（切割邊緣平滑，無一方格脫落）、1級（切口交叉處涂層有少許漆膜分離，受影響劃格區域≤5%）、2級（切口邊緣或交叉處涂層脫落，5%<受影響劃格區域≤15%）、3級（涂層沿著切割邊緣，部分或者全部以大碎片脫落，15%<受影響劃格區域≤35%）、4級（涂層沿著切割邊緣大碎片剝落或一些全部出現脫落，35%<受影響劃格區域≤65%）、5級（大于第4級的嚴重剝落）。噴涂啞光和高光漆的PC/ABS樣品的劃格后照片如圖2（a, c）所示，十字劃格破壞了油漆的表面附著，但是不影響未劃格的部位，膠帶撕下后也沒有十字網格中的油漆脫落，評價等級為0級，通常主機廠認可評價為0級或1級的產品為合格產品。漆膜的硬度可通過硬度棒精確地測量和記錄，以10N恒定負載在樣品表面劃直線，測試頭會產生一條肉眼可見的劃痕，然后用膠帶在所劃線區域撕下，驗證材料的耐刮擦性能。如圖2（b, d）所示，刮擦試驗后啞光和高光PC/ABS表面的油漆都無油漆開裂發生，按照產品要求，對于供貨態的油漆件樣品，不允許油漆開裂或脫落。

圖2 樣品在供貨態下的劃格和刮擦試驗

3.2 散發試驗

表1 散發試驗結果

*設備檢出限值：霧化冷凝0.20mg；總碳散發5μgC/g；甲醛試驗1.0mg/Kg。

汽車內飾VOC散發越來越受到人們的重視，也是評價汽車好壞的重要指標之一，如表1所示，汽車內飾材料中的散發類試驗包括：氣味評價、霧化冷凝、總碳散發和甲醛試驗。氣味評價是根據汽車內飾材料揮發出的物質對人嗅覺照造成的主觀影響，將樣品放置在1L密閉容器中，在80℃放置2h后，由專業的氣味測試人員對容器中由樣品散發出來的氣味進行等級評價，通常的評級可分為：1級（不能感受到的氣味）、2級（可感受到的、無妨礙的氣味）、3級（可明顯感受到的、但沒有妨礙的氣味）、4級（有妨礙的氣味）、5級（有較大妨礙的氣味）、6級（難以忍受的氣味）。如表1所示，對于啞光和高光兩種零件，啞光零件的氣味測試結果約3.8級，大于高光樣品的結果3.5級，在PC/ABS基材相同的情況下，可能是因為啞光零件的油漆厚度高于高光零件，油漆用量增加導致。霧化冷凝是模擬可揮發性物質從汽車內飾材料中散發出來，冷凝在車內的玻璃部件上會減弱玻璃的可視度，對行車安全造成影響。啞光樣品的霧化冷凝結果為0.38mg，高光樣品的霧化冷凝結果為0.28mg，常見樣品要求霧化冷凝結果≤2mg，雖然兩種樣品的結果都是在規定范圍內，但是因為啞光油漆厚度增加導致霧化冷凝結果也增加。總碳散發測定從汽車內的非金屬材料上排放出的有機化合物含量，以氣相色譜法測得的含碳物質總和。啞光樣品的總碳散發約87μgC/g，高光樣品的總碳散發約38μgC/g，油漆的種類和用量都會影響到總碳的含量，這與氣味評價和霧化冷凝結果是一致的。甲醛散發試驗為聚合物材料在規定的氣候下存放，發散出甲醛的傾向，是用于測定從結構件材料中散發出來的甲醛含量。對于非聚甲醛基材的零件或生產工藝中不含有甲醛物質，其產品很難檢測出甲醛，通過散發類試驗可以了解產品的生產穩定性。

3.3 耐環境試驗

（a1）啞光樣品熱老化后劃格試驗 （b1）啞光樣品熱老化后刮擦試驗 （c1）高光樣品熱老化后劃格試驗 （d1）高光樣品熱老化后刮擦試驗 （a2）啞光樣品高溫高濕老化后劃格試驗 （b2）啞光樣品高溫高濕老化后刮擦試驗（c2）高光樣品高溫高濕老化后劃格試驗 （d2）高光樣品高溫高濕老化后刮擦試驗 （a3）啞光樣品氣候交變后劃格試驗 （b3）啞光樣品氣候交變后刮擦試驗（c3）高光樣品氣候交變后劃格試驗 （d3）高光樣品氣候交變后刮擦試驗

耐環境試驗是模擬汽車內飾件在不同溫度、濕度、輻照強度等條件下的老化過程，對于不同基材和裝配位置處的汽車內飾件，老化條件也有所區別。汽車內飾出風口飾框對應的老化試驗有：（1）熱老化；（2）高溫高濕老化；（3）氣候交變老化；（4）氙燈老化。基于PC/ABS油漆件的出風口飾框，暴露于陽光非直射區域，采取的熱老化條件為105℃，500h。高溫高濕老化試驗模擬極端環境下（如熱帶雨林）車內油漆表面的腐蝕行為，在90℃，95 %R.H.環境箱中存放72h，研究油漆件表面的腐蝕情況。氣候交變試驗模擬汽車在苛刻環境下所表現出來的應對溫濕度周期性變化的穩定性，零件性能的變化可以通過溫度和濕度的變化判斷，如連接件或匹配件抗開裂、抗變形和抗松動的能力都將受到削弱。

表2 耐環境試驗結果匯總

如圖3和表2所示，三種老化條件（熱老化、高溫高濕老化、氣候交變老化）后，PC/ABS基材表面的啞光油漆和高光油漆無破裂、變形，麻點、縮印和起泡，與供貨態相比也沒有明顯變化。三種老化條件后按照劃格試驗和刮擦試驗要求，評價PC/ABS表面油漆的附著情況，啞光和高光樣品劃格和刮擦試驗結果如圖3所示，劃格試驗切割邊緣完全平滑，無一方格脫落，評價為0級；刮擦試驗樣品在一定負荷下基材有輕微壓痕，但均無油漆開裂現象，PC/ABS基材表面噴涂的兩種油漆都滿足熱老化、高溫高濕老化、氣候交變老化試驗要求。

（a1）啞光對比樣品 （a2）啞光樣品劃格試驗 （a3）啞光樣品刮擦試驗 （b1）高光對比樣品 （b2）高光樣品劃格試驗 （b3）高光樣品刮擦試驗

圖4 樣品在氙燈老化后劃格和刮擦試驗

通過氙燈老化試驗模擬汽車在太陽光下，特別是紫外光譜區域的加速老化過程。將出風口飾框樣品裁剪成如圖4所示大小，將試樣放入氙燈老化試驗箱，當輻照強度達到70 MJ/m2時結束試驗。試驗結束后在D65光源下按照DIN EN20105-A02標準目視評定顏色的改變，與未進行氙燈老化試樣（圖4，a1和b1）的顏色目視對比。如圖4和表2所示，啞光樣品和高光樣品的試驗后零件與供貨態相比，其顏色和光澤均無明顯變化，目視灰度等級均為4.5級，達到主機廠送樣要求。氙燈老化后按照劃格試驗和刮擦試驗要求，判定PC/ABS表面油漆在氙燈老化后的附著情況。如圖4所示，對氙燈老化后啞光和高光樣品進行十字劃格和刮擦試驗，切割邊緣完全平滑，無一方格脫落，評價為0級；一定負荷下分別噴涂兩種油漆的基材有輕微壓痕，但均無油漆開裂現象，滿足氙燈老化試驗后劃格和刮擦要求。

3.4 耐磨試驗及耐化學品試驗

（a1）啞光樣品100次干態耐磨 （a2）啞光樣品100次濕態耐磨 （a3）啞光樣品10次化學試劑耐磨 （b1）高光樣品100次干態耐磨 （b2）高光樣品100次濕態耐磨 （b3）高光樣品10次化學試劑耐磨

耐磨性能和耐化學品評價與人在車內的活動有關，車內乘客手上的汗液、油脂和污漬都會對車內零件，特別是表面零件（皮紋件、油漆件、覆膜件）的壽命或美觀造成影響。耐磨試驗包括100次干態耐磨，100次濕態耐磨，10次化學試劑耐磨。如圖5所示，對于100次干態和100次濕態樣品在磨損后，啞光樣品（圖5，a1和a2）和高光樣品（圖5，b1和b2）的涂層結構沒有變化，顏色變化和摩擦痕跡在試驗后都未出現，摩擦后的樣品與供貨態條件相比沒有明顯的變化，根據DIN EN 20105-A03，對比摩擦前后的白色摩擦布，評價摩擦織物灰度等級為4.5級。對于耐化學試劑摩擦，分別用試驗介質浸濕的白色摩擦布摩擦10個行程，評估油漆表面及磨擦布灰度等級，試驗后啞光樣品和高光樣品（圖5，a3和b3）表面的油漆相比于供貨態均無明顯變化，同時評價摩擦織物灰度等級為都為4.5級，滿足主機廠送樣要求。為了評價基于PC/ABS油漆件的耐試劑性能，將六種試劑滴在啞光和高光樣品表面，所用試劑與化學試劑耐磨中所用試劑相同。用移液器將0.1 ml的試劑滴在啞光和高光樣品表面，持續作用10min后，移至60℃烘箱箱存放0.5h，放置24h后評價啞光和高光樣品表面，液滴試驗是長時間在高溫下考察油漆表面的化學惰性，啞光樣品和高光樣品在液滴試驗后的表面沒有油漆脫落、起泡、縮印等現象，試驗后油漆表面相比于供貨態均無明顯改變。

4 結論

汽車內飾件直接影響乘客對汽車舒適感的判斷，油漆件裝飾美觀，外觀顏色和光澤均勻性較好，油漆表面開裂、起泡、縮印會嚴重影響內飾件的美觀，所以油漆件的質量控制非常重要。本文基于啞光油漆和高光油漆的PC/ABS出風口飾框，測試了表面油漆厚度和油漆的附著性，研究了油漆種類對散發類試驗（氣味評價、霧化冷凝、總碳散發和甲醛測試）的影響規律，由于啞光油漆用量高于高光油漆，所以啞光樣品的氣味評價、霧化冷凝、總碳散發結果都高于高光樣品。汽車內飾出風口飾框對應的老化試驗有：熱老化、高溫高濕老化、氣候交變老化、氙燈老化，在不同老化條件后，啞光樣品和高光樣品表面油漆均無破裂、氣泡和變形，相對于供貨態都無明顯變化；經過劃格試驗，油漆表面無脫落，都評價為0級；刮擦試驗后也無油漆開裂現象，PC/ABS基材表面噴涂的兩種油漆都滿足老化試驗要求。最后對油漆件的耐磨性能和耐化學品性能進行了評價，分為100次干態耐磨、100次濕態耐磨、10次化學試劑耐磨和六種液滴試驗，基于PC/ABS的啞光油漆和高光油漆樣品表面摩擦后，涂料結構和顏色都沒有變化，對比摩擦前后的白色摩擦布，評價摩擦織物灰度等級為4.5級。基于本配方生產的PC/ABS的啞光樣品和高光樣品能夠滿足汽車內飾油漆件的附著性能、環境老化性能、耐磨和耐刮擦性能和化學試劑穩定性，為汽車內飾油漆件提供了試驗參考和檢測依據。

5 致謝

感謝上海張江國家自主創新示范區專項發展資金重點項目201705-JD-C1085-037對本研究的支持。

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[5] 崔晉愷,王明義,王晶,PC/ABS合金研究現狀及進展,2018,7,122 -126.

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The Performance of Vehicle Interior Paint Parts Based on PC/ABS

Xia Mengge, Xu Qinghua

( Shanghai Yuebeist New Materials Technology Co., Ltd. Shanghai 201805 )

The vehicle interior parts directly affect the passenger's comfort in the car.The paint parts were decorated beautifully and exhibited excellent color and gloss, the quality control of the paint parts is very important, cracking, blistering and shrinking of the paint surface would seriously affect the appearance of the interior parts.In this paper, the performance of the surface of the air outlet frame (matte paint and high-gloss paint) based on PC/ABS alloy was studied, especially, the paint type on the emission behavior (odor test, condensible constituents, emissions of organic compounds, formaldehyde content). The cross-cutting and scratching results were investigated before and after the aging process (heat aging, high tempera -ture and high humidity aging, climate alternating aging, xenon lamp aging). The wear resistance and chemical resistance of the surface of the PC/ABS parts coated with different paints were evaluated. This work provides a test reference and test basis for automotive interior paint parts.

PC/ABS; Paint parts; High gloss; Matte; Performance

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1671-7988(2019)03-162-05

U465

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1671-7988(2019)03-162-05

U465

夏夢閣，高級工程師。主要負責汽車內飾用工程塑料的研發設計和檢測分析。

上海張江國家自主創新示范區專項發展資金重點項目201705-JD-C1085-037。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.03.054