低散发汽车内饰复合材料的研究与制备文献综述

 2022-11-30 15:45:46

1.结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写2000字左右的文献综述。

当前,世界汽车材料技术发展的主要方向是轻量化和环保化[1],而塑料及其复合材料在汽车上的应用,是实现汽车轻量化的有效途径,以塑代钢是实现汽车节能减排的有效方式[2]。汽车用塑料零部件可分为三类:内饰件、外饰件和功能件。汽车内饰主要包括仪表板、副仪表板、座椅、门内饰板、立柱饰板、顶饰、地毯、行李箱饰件、车内声学饰件等系统。作为汽车内饰件,不仅对材料的强度要求很高,且随着国家VOC强制标准的推出,在汽车环保材料领域内对PP材料的VOC和气味的要求也越来越高。2017年,国家对GB/T 27630-2011中关于甲醛、乙醛、丙烯醛、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯等含量指标的推荐性标准变成强制执行标准[3],强化了车内空气质量的管控,使得低散发汽车内饰复合材料的研究成为汽车内饰行业的研究热点之一。

汽车用塑料品种繁多,PP材料作为重要的汽车内饰件材料之一[4],是一种极具竞争力的材料,其用量占汽车塑料使用量的1/3以上[5],且用量呈明显上升趋势。PP是五大通用塑料之一,其产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯,与其它通用塑料相比,PP具有密度小、拉伸强度高、耐化学腐蚀、加工性能优良、电绝缘性和耐热性好,连续使用温度可达120℃,其制品质轻价廉、无毒无味、光泽性好,因而广泛应用于机械、化工、汽车、家电、包装和日用品等领域[6-7]。汽车内饰件采用改性PP材料制作的大部件有仪表板、门板、立柱饰板等部件。针对仪表板本体及下护板、门板本体、立柱饰板等部件用改性PP材料,行业已进行了大量的研究。

然而PP作汽车内饰件材料也存在一些不足,如PP材料低温韧性不佳,达不到汽车内饰的抗冲要求;表面硬度低,易被硬物划伤,不利于保持零件的美观性;受催化剂、聚合工艺、氧化物残留及短链低聚物等影响,高温环境下PP材料会不同程度释放出有害的VOCs和刺激性气味[8],成为车内空气污染源,不利环保等缺点[9]。近年来,继汽车尾气和噪声污染之后,汽车内饰挥发性有机物(VOC)污染受到了广泛关注,且国内外学者已开始针对PP树脂及其共混物材料中VOC的释放问题进行了大量研究[10-15],研究表明,PP气味主要是气味阈值较低的VOC导致[16]。杨波等[17]在研究汽车内饰PP材料VOC产生和自然衰减研究中,提到VOC有多种来源,主要包括原料中的树脂、添加剂、填充剂等本身的挥发物产生;加工过程中高温热氧化、加工设备的机械剪切导致的热降解产生;成型过程中注塑压力、注塑速度存在一定的差异产生等。康鹏等[12]利用自动吹扫补集-气相色谱-质谱联用的方法研究PP降解物,发现在一定的温度条件下,PP可释放出多达50余中VOC,主要为烷烃、烯烃、醛、酮。其中醛、酮等小分子物质会产生刺激性气味。Brodzik等[18]采用热解吸、火焰离子化和TD-GC/FID-MS同时分析车内空气中挥发性有机物的组成,通过与标准品比较和质谱分析确认了80多种化合物。随着对车内空气质量要求的提高和环保意识的增强,对车内塑料饰件散发特性要求越来越严格。内饰件散发特性包括气味性、甲醛含量、冷凝组分、总碳含量。聚丙烯零件散发特性的测试一般包含VOC、雾度和气味这三方面。目前,许多汽车厂对改性粒子管控,主要参照德系VDA标准:如气味le;3级,甲醛le;10g/kg,冷凝组分le;2mg,总碳含量le;50mu;gC/g[19]

因此大量的研究工作正致力于提高PP复合材料的抗冲击性能和低散发性能,以此来制备高强度、低散发的环保汽车内饰复合材料,例如选用合适的增韧剂、填充材料、偶联剂等其他加工助剂对PP材料进行填充、增韧共混改性,或通过改变挤出工艺条件、添加吸附剂等方法对PP制品的VOC和气味性进行调控。制备聚丙烯汽车内饰复合材料的方法在国内外有相关报道,Trassl等[20]提出了一种基于泡沫颗粒的超轻汽车内饰件概念,这种具有多材料系统的汽车内饰件将更轻,但未对汽车内饰散发性能进行研究。Chu等[21]不仅制备了一种低VOC含量PP并研究了其加工技术和在汽车内饰中的应用,提出在材料制备过程中,采用新型聚合技术、选用高质量高纯度的母料母料和助剂,均可以在源头上控制所制聚合物中的挥发性有机化合物含量;在加工过程中,使用高效的气味吸附剂和萃取剂,能够有效降低聚合物基体中具有气味的有机化合物。Yang等[22]则是研究了PP/POE共混物在冲击和高速拉伸实验中的脆韧转变,揭示了增韧剂POE对共混物强度的影响,对制备高强度的PP复合材料提供理论基础。李英平等[23]对车用聚丙烯改性材料气味控制技术进展进行了研究,提出了添加除味剂复合除味的方式来降低车用聚丙烯材料的气味性。潘瑞琦等[24]研究了助剂对聚丙烯气味及挥发性有机物的影响,重点阐述了抗氧剂、过氧化物、光稳定剂、化学除味剂和气味吸附剂等助剂对PP气味和VOC的影响,对制备低散发PP材料具有重要的借鉴意义。

目前,一种以氢调法制备的PP在汽车内饰复合材料在降低VOC、提高抗冲击性能方面受到广泛的应用。与采用过氧化物作分子量调节剂的常规降解法相比,氢调法采用氢气作为分子量调节剂,反应完成后,没有残留的过氧化物,因此就不存在聚丙烯基体树脂对制品气味和VOC的影响问题,且氢调法在合成过程后期对小分子的抽离更加彻底,从而能生产出低气味和低VOC的聚丙烯。另外,氢调法制得的聚丙烯冲击强度也要优于降解法制得的聚丙烯,这与制得的聚丙烯中乙烯的含量有关。目前,在连续性聚丙烯的生产中,氢气是连续性加入,氢调比较稳定,效果较好,产品的MFR易控制。Yan等[3]汽车内饰用低VOC中也阐述了氢调法的优异性。

虽然氢调法是制备汽车内饰用高强度、低VOC、低气味聚丙烯的良好方法,但是基于氢调法制备的聚丙烯汽车内饰复合材料仍然面临一些问题,如影响氢调法灵敏性、准确性的因素很多,包括聚丙烯原料、设备工艺条件、聚合反应以及人为因素等等,因而准确控制氢调是十分困难的[25]。另外,聚丙烯等塑料零件的散发性能改善难度非常大[26],一方面因为影响VOC释放的因素较多,涉及原材料、配方、工艺等各个方面,另一方面在研究零件的VOC散发性能的同时必须兼顾零件的使用性能,作为汽车内饰件,有耐刮擦性、阻燃性、耐热性、耐光性、抗静电、不发粘、不发白等性能要求,不得不采用多种添加剂,从而干扰制品的散发性能。因此,研究出低散发、高强度性能的聚丙烯复合材料,并总结聚丙烯基料、加工助剂和工艺技术对其强度、VOC和气味影响的规律性结论在汽车内饰材料应用方面具有重大意义。

参考文献:

[1]崔欣.聚丙烯汽车内饰件材料的研究[A].中国塑料加工工业协会.PPTS2005塑料加工技术高峰论坛论文集[C].中国塑料加工工业协会:中国工程塑料工业协会,2005:4.

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