孫曉曉

(上汽集團(tuán)股份有限公司乘用車公司,上海 201804)

0 前言

汽車是現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的工具,在汽車的開發(fā)過程中,經(jīng)常會(huì)遇到各種失效問題需要分析和解決。非金屬材料的失效分析通常比金屬材料更加復(fù)雜,在失效分析的過程中,不僅需要了解零件的材料工藝情況、失效背景、結(jié)構(gòu)受力等,還需要對(duì)材料的性能、成分等進(jìn)行檢測(cè)和比較,并對(duì)推測(cè)的情況進(jìn)行復(fù)現(xiàn)及驗(yàn)證。非金屬材料的失效分析隨著非金屬制品產(chǎn)量越來越高而受到重視,分析的結(jié)果可以對(duì)后續(xù)產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。

汽車門板是汽車的重要部件之一。門板的內(nèi)部構(gòu)造往往由織物皮革、縫線等構(gòu)成,但由于汽車門板處于車輛的內(nèi)部,且長(zhǎng)期處于相對(duì)密閉的環(huán)境中,在特殊分環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)縫線發(fā)霉的情況,這會(huì)影響到汽車的感觀質(zhì)量及車輛的服務(wù)壽命,也會(huì)影響品牌的推廣。因此,對(duì)汽車門板縫線發(fā)霉的原因進(jìn)行分析十分必要。

1 試驗(yàn)部分

1.1 失效件初步分析

對(duì)返回零件進(jìn)行失效分析。在顯微鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)縫線表面有白色異物,白色異物有類似結(jié)晶的結(jié)構(gòu)(見圖1、圖2)。經(jīng)初步分析,白色異物可能為霉菌或者析出物。

圖1 失效件

圖2 失效件顯微鏡照片

1.2 主要設(shè)備與儀器

立體顯微鏡,VHX-2000E,日本基恩士公司;

掃描電鏡,ZVOMA 25,德國(guó)蔡司有限公司;

熱裂解氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀,QP2010Ultra,日本島津公司。

1.3 儀器分析試驗(yàn)方法

(1) 立體顯微鏡分析試驗(yàn):用干凈的鑷子將白色異物取出放在玻璃片上,然后將白色異物染色后,在1 000倍的立體顯微鏡下觀察是否有霉菌結(jié)構(gòu)。

(2) 掃描電鏡分析試驗(yàn):對(duì)不同物質(zhì)噴金后用膠帶固定放入掃描電鏡中,然后對(duì)不同物質(zhì)進(jìn)行能譜掃面及分析。

(3) 熱裂解氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分析試驗(yàn):使用干凈的鑷子或刀片截取測(cè)試所需樣品質(zhì)量(0.1 mg)進(jìn)行分析試驗(yàn)。測(cè)試設(shè)備參數(shù)分別為: 氣象色譜進(jìn)樣口溫度320 ℃;質(zhì)譜掃描范圍29～600(質(zhì)荷比)。

2 結(jié)果與討論

2.1 霉菌成分分析

將失效件寄至第三方進(jìn)行菌類檢測(cè)[1],檢測(cè)結(jié)果表明,在顯微鏡下未觀察到完整的霉菌結(jié)構(gòu),初步判斷該異物不是霉菌(見圖3)。

同一名稱翻譯不統(tǒng)一也是英文公示語中常見的錯(cuò)誤。例如鎮(zhèn)江博物館里服務(wù)臺(tái)有兩種翻譯，Information Center和Information Desk，開放時(shí)間也有兩種翻譯，SERVING HOURS和Open time。無論是從整體性還是和諧性來說，一個(gè)景點(diǎn)的同一地名譯名應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一。另外，“服務(wù)臺(tái)”的翻譯也存在問題，根據(jù)《規(guī)范》應(yīng)譯為Service Desk?！伴_放時(shí)間”也譯錯(cuò)了，《規(guī)范》中的譯文應(yīng)為Opening Hours。

圖3 染色后失效件顯微圖片

2.2 成分分析

2.2.1 能譜元素分析

對(duì)失效件和新件的表皮、縫線、海綿及白色異物進(jìn)行能譜元素分析[2-3],結(jié)果見表1。從表1可以看出:失效件白色異物中有N、Cl、Si、Na、P、Ca等元素,由于失效件曾淋雨,以上元素可能為雨水污染或者材料析出。

表1 能譜分析結(jié)果

2.2.2 氣相色譜質(zhì)譜(GCMS)成分分析

對(duì)新件及失效件的海綿及白色異物進(jìn)行GCMS分析,結(jié)果見圖4。失效件白色異物GCMS圖譜中,12.5 min及16.7 min是磷酸酯類化合物——磷酸三(2-氯丙基)酯,其質(zhì)譜圖見圖5,主要特征離子質(zhì)荷比為99、125、201;中間14 min是三聚氰胺,其質(zhì)譜圖見圖6,主要特征離子質(zhì)荷比為43、68、85、126;20 min之后峰是鄰苯二甲酸酯,其質(zhì)譜圖見圖7,主要特征離子質(zhì)荷比為43、57、71、149、167。

圖4 海綿與白色異物的GCMS圖譜

圖5 磷酸三(2-氯丙基)酯質(zhì)譜圖

圖6 三聚氰胺質(zhì)譜圖

圖7 鄰苯二甲酸酯質(zhì)譜圖

通過比較發(fā)現(xiàn)白色異物中的某些組分與海綿中的添加劑可以對(duì)應(yīng),圖4框內(nèi)磷酸酯類及三聚氰胺出峰基本一致,但是海綿中的量相對(duì)較少。經(jīng)了解,海綿中含有三聚氰胺及磷系阻燃劑。

圖8為縫線GCMS圖譜。經(jīng)與白色異物比較,新件縫線無磷酸酯類及三聚氰胺,且其圖譜結(jié)果與失效件異物無對(duì)應(yīng)。

圖8 縫線GCMS結(jié)果

圖9為表皮聚氯乙烯(PVC)GCMS圖譜。經(jīng)比較,新件PVC表皮無磷酸酯類及三聚氰胺,且其圖譜結(jié)果與失效件異物無對(duì)應(yīng)。

圖9 PVC表皮GCMS結(jié)果

綜上,失效件白色異物中的某些組分與海綿中的添加劑可以對(duì)應(yīng),經(jīng)了解,海綿中含有三聚氰胺及磷系阻燃劑,結(jié)合元素分析,失效件可能為淋雨后無機(jī)鹽析出的同時(shí)析出了海綿的阻燃劑。

3 失效模擬

分別使用純水、雨水(pH為8.4,用河水代替)、5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)鹽水、10%鹽水充分淋濕門板中嵌表皮,然后對(duì)不同被污染的表皮進(jìn)行試驗(yàn)觀察,看是否有類似失效。試驗(yàn)條件分別為:(1) 23 ℃、50%相對(duì)濕度;(2) 40 ℃;(3) 60 ℃;(4) 25 ℃、90%相對(duì)濕度(適合霉菌生長(zhǎng))。7 d后結(jié)果見圖10、圖11[4-6]。

(a) 純水-條件1

(a) 5%鹽水-條件1

失效模擬統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。由表2可以看出:用純水浸濕后的表皮在4個(gè)條件下均無異物析出;用雨水浸濕后的表皮在條件1、條件2、條件3烘箱放置后產(chǎn)生白色異物,與失效件相似;用5%鹽水和10%鹽水浸濕后的表皮在條件1、條件2、條件3烘箱放置后均有白色異物析出,與失效件相似;而表皮在條件4下均無類似異物產(chǎn)生。

表2 失效模擬結(jié)果

對(duì)模擬件的白色析出物進(jìn)行元素能譜分析及GCMS分析,結(jié)果見表3及圖12。由表3可以看出:雨水模擬的析出物其元素基本和失效件白色異物一致。由圖12可以看出:在雨水和鹽水模擬析出物中均測(cè)出了三聚氰胺物質(zhì),此結(jié)果與失效件異物GCMS結(jié)果基本一致。

表3 模擬件元素能譜結(jié)果

圖12 模擬件GCMS譜圖

該款門板中嵌海綿使用的是聚醚海綿,而其他門板項(xiàng)目一般都使用聚酯海綿。因此,對(duì)不同海綿復(fù)合的表皮被鹽水污染后是否均會(huì)有異物析出進(jìn)行研究。使用5%鹽水浸潤(rùn)聚酯海綿復(fù)合表皮和聚醚海綿復(fù)合表皮,放入40 ℃烘箱中進(jìn)行觀察,結(jié)果見圖13。由圖13可以看出:1 d后聚酯海綿復(fù)合的表皮縫線表面析出白色異物,與聚醚海綿復(fù)合的表皮及失效件的表觀一致。對(duì)表皮縫線表面析出白色異物進(jìn)行能譜元素分析,結(jié)果見表4。由表4可以看出:表皮縫線表面析出白色異物的元素分析一致,少量的Si元素可能為縫線中硅蠟的析出。由此可見,海綿類型不影響無機(jī)物的析出。對(duì)聚酯海綿復(fù)合的表皮縫線表面析出白色異物進(jìn)行GCMS測(cè)試,結(jié)果顯示為空白圖,無三聚氰胺等阻燃成分(聚酯海綿無阻燃劑,聚醚海綿含有三聚氰胺阻燃劑)。

表4 模擬件元素能譜結(jié)果

圖13 海綿及縫線模擬分析

對(duì)縫線有無是否會(huì)影響無機(jī)物的析出進(jìn)行研究。圖13中:1#樣品為用5%鹽水浸潤(rùn)縫線;2#樣品為拆除縫線后,用5%鹽水浸潤(rùn)縫線孔洞及周圍表皮;3#樣品為5%鹽水浸潤(rùn)縫線后再拆除縫線,放入40 ℃烘箱中1 d。由圖13可以看出:1#、2#、3#樣品試驗(yàn)后均有白色異物析出,且縫線在浸潤(rùn)鹽水后也會(huì)單獨(dú)析出白色異物。由此證明,縫線、表皮受無機(jī)物污染后也會(huì)有無機(jī)物的析出。

4 結(jié)語

綜上,門板中嵌表皮縫線并非真正的發(fā)霉,白色異物無霉菌結(jié)構(gòu),而是受雨水等無機(jī)物污染后析出無機(jī)物,同時(shí)導(dǎo)致海綿中的阻燃劑、縫線中的硅蠟等析出。海綿的類型對(duì)表皮受污染后的無機(jī)物析出無明顯影響?？p線及打孔的PVC在受到無機(jī)物污染后也會(huì)出現(xiàn)析出現(xiàn)象。因此建議零件應(yīng)盡量避免淋雨或者淋雨后及時(shí)擦干。