門板中嵌縫線發霉失效案例研究

孫曉曉

(上汽集團股份有限公司乘用車公司,上海 201804)

0 前言

汽車是現代社會不可或缺的工具,在汽車的開發過程中,經常會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、結構受力等,還需要對材料的性能、成分等進行檢測和比較,并對推測的情況進行復現及驗證。非金屬材料的失效分析隨著非金屬制品產量越來越高而受到重視,分析的結果可以對后續產品的開發提供參考。

汽車門板是汽車的重要部件之一。門板的內部構造往往由織物皮革、縫線等構成,但由于汽車門板處于車輛的內部,且長期處于相對密閉的環境中,在特殊分環境下會出現縫線發霉的情況,這會影響到汽車的感觀質量及車輛的服務壽命,也會影響品牌的推廣。因此,對汽車門板縫線發霉的原因進行分析十分必要。

1 試驗部分

1.1 失效件初步分析

對返回零件進行失效分析。在顯微鏡下觀察,發現縫線表面有白色異物,白色異物有類似結晶的結構(見圖1、圖2)。經初步分析,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,德國蔡司有限公司;

熱裂解氣相色譜質譜聯用儀,QP2010Ultra,日本島津公司。

1.3 儀器分析試驗方法

(1) 立體顯微鏡分析試驗: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構。

(2) 掃描電鏡分析試驗:對不同物質噴金后用膠帶固定放入掃描電鏡中,然后對不同物質進行能譜掃面及分析。

(3) 熱裂解氣相色譜質譜聯用儀分析試驗:使用干凈的鑷子或刀片截取測試所需樣品質量(0.1 mg)進行分析試驗。測試設備參數分別為: 氣象色譜進樣口溫度320 ℃;質譜掃描范圍29～600(質荷比)。

2 結果與討論

2.1 霉菌成分分析

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

同一名稱翻譯不統一也是英文公示語中常見的錯誤。例如鎮江博物館里服務臺有兩種翻譯，Information Center和Information Desk，開放時間也有兩種翻譯，SERVING HOURS和Open time。無論是從整體性還是和諧性來說，一個景點的同一地名譯名應當統一。另外，“服務臺”的翻譯也存在問題，根據《規范》應譯為Service Desk?！伴_放時間”也譯錯了，《規范》中的譯文應為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

對失效件和新件的表皮、縫線、海綿及白色異物進行能譜元素分析[2-3],結果見表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 能譜分析結果

2.2.2 氣相色譜質譜(GCMS)成分分析

對新件及失效件的海綿及白色異物進行GCMS分析,結果見圖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,其質譜圖見圖5,主要特征離子質荷比為99、125、201;中間14 min是三聚氰胺,其質譜圖見圖6,主要特征離子質荷比為43、68、85、126;20 min之后峰是鄰苯二甲酸酯,其質譜圖見圖7,主要特征離子質荷比為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)酯質譜圖

圖6 三聚氰胺質譜圖

圖7 鄰苯二甲酸酯質譜圖

通過比較發現白色異物中的某些組分與海綿中的添加劑可以對應,圖4框內磷酸酯類及三聚氰胺出峰基本一致,但是海綿中的量相對較少。經了解,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,且其圖譜結果與失效件異物無對應。

圖8 縫線GCMS結果

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

圖9 PVC表皮GCMS結果

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應,經了解,海綿中含有三聚氰胺及磷系阻燃劑,結合元素分析,失效件可能為淋雨后無機鹽析出的同時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%(質量分數,下同)鹽水、10%鹽水充分淋濕門板中嵌表皮,然后對不同被污染的表皮進行試驗觀察,看是否有類似失效。試驗條件分別為:(1) 23 ℃、50%相對濕度;(2) 40 ℃;(3) 60 ℃;(4) 25 ℃、90%相對濕度(適合霉菌生長)。7 d后結果見圖10、圖11[4-6]。

(a) 純水-條件1

(a) 5%鹽水-條件1

失效模擬統計結果見表2。由表2可以看出:用純水浸濕后的表皮在4個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下均無類似異物產生。

表2 失效模擬結果

對模擬件的白色析出物進行元素能譜分析及GCMS分析,結果見表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出了三聚氰胺物質,此結果與失效件異物GCMS結果基本一致。

表3 模擬件元素能譜結果

圖12 模擬件GCMS譜圖

該款門板中嵌海綿使用的是聚醚海綿,而其他門板項目一般都使用聚酯海綿。因此,對不同海綿復合的表皮被鹽水污染后是否均會有異物析出進行研究。使用5%鹽水浸潤聚酯海綿復合表皮和聚醚海綿復合表皮,放入40 ℃烘箱中進行觀察,結果見圖13。由圖13可以看出:1 d后聚酯海綿復合的表皮縫線表面析出白色異物,與聚醚海綿復合的表皮及失效件的表觀一致。對表皮縫線表面析出白色異物進行能譜元素分析,結果見表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物的析出。對聚酯海綿復合的表皮縫線表面析出白色異物進行GCMS測試,結果顯示為空白圖,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 模擬件元素能譜結果

圖13 海綿及縫線模擬分析

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

4 結語

綜上,門板中嵌表皮縫線并非真正的發霉,白色異物無霉菌結構,而是受雨水等無機物污染后析出無機物,同時導致海綿中的阻燃劑、縫線中的硅蠟等析出。海綿的類型對表皮受污染后的無機物析出無明顯影響?？p線及打孔的PVC在受到無機物污染后也會出現析出現象。因此建議零件應盡量避免淋雨或者淋雨后及時擦干。