摘要：PVC（聚氯乙烯）作为四大通用塑料之一，由于制造成本较低，被广泛应用于摩托车的车身、底盘、外装、电器和发动机等各部位，具有密封防尘、隔音降噪、减振缓冲、绝缘和装饰等功能。在作为装饰件使用时，要求具有优异的耐紫外线老化、耐亮氧老化、耐热氧老化的抗劣化性，耐高低温和防雨水等性能，及收缩变形小、柔韧性好等特点，一般软质PVC多与同为摩托车外装件的烤漆件相搭配，以弥补烤漆件本身的制造误差和装配中产生的误差。
    PVC（聚氯乙烯）作为四大通用塑料之一，由干制造成本较低，被广泛应用于摩托车的车身、底盘、外装、电器、发动机等各部位，具有密封防尘、隔音降噪、减振缓冲、绝缘、装饰等功能。在作为装饰件使用时，要求具有优异的耐紫外线老化、耐臭氧老化、耐热氧老化的抗劣化性，耐高低温和防雨水等性能，及收缩变形小、柔韧性好等特点；一般采用软质PVC ,多与同为摩托车外装件的烤漆件相搭配，以弥补烤漆件本身的制造误差和装配中产生的误差。由于油漆也是高分子化合物，若车辆在使用中PVC与烤漆件紧密接触，在环境温度等因素影响下，PVC本身发生物理变化或与油漆发生化学反应，引起烤漆件颜色发生变化，通常被称为PVC污染。当烤漆件为白色或灰色时，颜色的变化最为明显，严重影响到了烤漆件的美观性，所以此类污染问题已成为摩托车主机厂及供应商需要共同面对且函待解决的质量问题。
    1  PVC污染种类及诱发因素
    a） PVC对烤漆件常见的污染现象有表面粘结、表面磨损、表面粘性粉末、褪色和变黄等，通常分为：1）物理变化类污染，PVC本体、脱模剂、后处理油脂等物质附着在烤漆件的表面，或与灰尘、雨水混合堆积形成的一种污染；2）化学反应类污染，PVC配方体系中活性较高的增塑剂、防老剂等，迁移到油漆上并与油漆发生化学反应形成的污染。
    b）诱发PVC污染的因素，可以通过对产品结构的CAE分析、对成品的理化性能试验（含耐候性、耐酸碱性、振动磨耗等）、对整车的强化耐久试验等方法来验证确认，主要有4个方面：PVC有增塑剂、防老剂等析出物；结构上有相对运动磨耗；烤漆存在某批次油漆不合格或生产上未完全固化；PVC与油漆的兼容性差。
    2  PVC污染问题的诱发因素确认
    对于踏板车来说，为了使后视镜与车头罩的接合处更加美观，通常都会在后视镜的镜杆下部设置有与车头罩相贴合的后视镜胶套如图1所示。某款踏板车的后视镜胶套采用黑色软质PVC材质，车头罩为ABS塑料烤白色漆件，长期使用后发现车头罩与后视镜胶套接合处的局部表面有淡黄色污痕和少量黑色附着物如图2所示，本文将以其为例，对PVC污染问题的解决方案进行分析研究。



    通过车头罩被污染的外表颜色判断，淡黄色污痕属于化学反应类污染，而黑色附着物则属于物理变化类污染，研究分析主要从以下几方面着手进行。
    a）取样测试故障车车头罩油漆（丙烯酸涂料）涂层的耐候性、耐水性、耐湿性、耐汽油性（92＃无铅汽油）、耐混合二甲苯性、耐碱性、耐酸性、附着性及硬度，结果均符合公司标准要求，表明污染问题与油漆关系不大；通过对生产质量控制各过程进行追溯检查，排除了烤漆存在某批次油漆不合格或生产上未完全固化的不良因素。
      b）利用傅立叶变换红外光谱仪对PVC与油漆的兼容性进行分析：先将PVC与油漆漆层取样后分别进行低温研磨，再将研磨后的2种粉末混合后打出图谱A,再次将混合粉末在60℃的条件下放置48 h后再打出图谱B，最后对图谱A与B进行对比。分析表明图谱A与B并无差异，证明没有新的官能团生成，从客观上反应了两者是兼容的。
      c）对后视镜胶套与车头罩的接合结构进行分析，发现后视镜胶套与车头罩存在磨耗的可能。后视镜与车头罩都紧固在车把上，而后视镜胶套则卡合于后视镜与车头罩之间、并与车头罩存在轻微接触，受发动机高频振动的影响，后视镜胶套与车头罩会出现细微的相对运动，从而引发PVC胶套被轻微磨损，即会在车头罩与后视镜胶套接合处的局部表面形成少量黑色附着物。
    d）利用摩擦色牢度仪对PVC的耐磨性与耐化学性进行测试，试验准备：先将PVC材料试样裁剪成长（200±5） mm、宽（18±1）mm的测试样条，并将该样条铺平夹紧在摩擦色牢度仪（Crockmeter RT300）上；用弹簧夹夹紧包裹摩擦色牢度仪摩擦头的测试棉纱布，并用水平仪调整祛码放置水平，以防止棉纱布在摩擦过程中脱落、确保摩擦头受力均匀。耐磨性与耐化学性的测试情况如下：1）耐磨性测试，设定测试所需的摩擦系数，按0.5 kg/ 10 000次或1 kg/5 000次进行测试，观察测试棉纱布的变色情况及PVC测试样条的磨损情况，通过对比测试发现，耐磨性较差的PVC测试样条对测试棉纱布的污染较严重；2）耐化学性测试，按体积比1：2将工业乙醇与蒸馏水混合后浸湿测试棉纱布，按湿磨100次进行测试，观察测试棉纱布的变色情况。通过对比测试发现，耐化学性较差的PVC测试样条对测试棉纱布的污染较严重。
    通过上述确认分析可以得出，后视镜胶套与车头罩的接合结构、及胶套材料的耐磨性和耐化学性较差是造成PVC污染问题的关键诱发因素，因此，对该问题解决方案的研究也应从这3方面入手。
    3  PVC污染问题的解决方案
    3.1降低后视镜胶套与车头罩在发动机高频振动下的磨耗
      对于后视镜胶套与车头罩的接合结构，如果将胶套与车头罩设定成离空不接触的状态，则两者之间存在的间隙会影响美观；有鉴于此，如果要降低两者在发动机高频振动影响下产生的磨耗，应通过改变车把、车头罩、后视镜、胶套等相关件的固有频率，同时减小胶套与车头罩的接触力等两方面来解决。
      a）改变固有频率：目的是通过提高或者降低相关零部件的固有频率，使胶套的固有频率与车头罩的固有频率错开、避免共振，而改变零部件的刚度和质量都能够改变其固有频率。对该款踏板车进行测试发现，车速在30～40 km/h时后视镜振动最大，对应的发动机转速为2000～3 000 r/min，可知，后视镜装配系统（车把、后视镜、后视镜安装座等）对应的频率为33～50Hz。因该车发动机的最高转速为9 000 r/min,需要将后视镜装配系统的固有频率提高到150 Hz以上才能避开振动，改进难度非常大且不便于实施，所以研究方向应为降低后视镜装配系统的振动频率，这可以通过在零部件连接部位增加柔性连接、变更零部件的刚度、以及适当改变零部件的结构来实现。试验发现，在后视镜的镜片与镜壳之间增加海绵垫和铅块配重、后视镜镜杆直径增加、车把强度增加等措施，都能够有效降低后视镜装配系统的振动频率。
    b）减小接触力：目的是降低后视镜胶套和车头罩在发动机高频振动影响下产生的摩擦力，对应方案是合理设定胶套与车头罩之间的过盈配合量、以及改进胶套的结构。鉴于后视镜胶套通常属于后视镜的辅件、装配后卡合于后视镜与车头罩之间，相关零部件的装配偏差都将累积到胶套与车头罩的接触面上，所以需要合理设定胶套与车头罩之间的过盈配合量，以免两者之间因存在间隙而影响美观。试验表明，对于硬度60 HS的软质PVC胶套来说，胶套与车头罩之间的过盈配合量设定在1～2 mm较合适；将胶套的形状设定为波纹状、以及增大胶套与车头罩的接触面积，均能够有效减小胶套与车头罩的接触力。
    3.2提高PVC的耐磨性
    硬质PVC硬而脆、耐磨性一般，静摩擦系数为0.4～0.5、动摩擦系数为0.23；而软质PVC中由于添加了30％～70％的增塑剂，呈现出类似橡胶的弹性，其耐磨性比硬质PVC提高了2倍以上。PVC作为高分子材料之一，其减磨机理也可以用冲击回弹性理论来解释：随着PVC聚合度的增大、分子链的缠结程度增加，从而使大分子运动困难、不易产生不可逆滑移；同时，由于PVC具有一定的结晶能力，而结晶作为增塑PVC的物理交联点，使得PVC分子间的范德华力和分子内的氢键合力提高。由此可见，提高PVC的耐磨性、增大磨损阻抗，需要从增大分子间的结合力方面入手研究。
    研究发现，用改性的方法能够有效提高PVC的耐磨性，如PVC与NBR或ELVALOY通过机械共混改性，相比未改性的PVC在弹性、拉伸强度、耐磨性、耐油性、耐溶剂性等方面都有显著的改善。由于NBR属于不饱和橡胶，需要通过硫化加以改善其耐候性，但是硫化时应避免严重欠硫和过流现象的发生，以免加重PVC对烤漆件的污染。虽然PVC与ELVALOY共混物的性能比PVC与NBR共混物更优，但是成本过高。研究表明，为了保证后视镜胶套的耐磨性能，后视镜胶套与车头罩接触部的壁厚设定在1.5～2.5 mm比较合适。另外，注塑成型所能达到的表面粗糙度为Ra0.2～Ra3.2，所以，适量抛光注塑模具也可以使后视镜胶套与车头罩接触部的表面粗糙度降低，可有效减小两者之间的摩擦力。
    3.3提高PVC的耐化学性
    PVC化学污染烤漆件的主要表现是增塑剂会通过挥发、抽出和迁移3大途径析出，析出物迁移到烤漆件上与油漆发生反应造成漆层变色。增塑剂的分子量越小、挥发性越大，相溶性越高、抽出性和迁移性越低。本文所述后视镜胶套原先采用的软质PVC中由于添加了DOP，与PVC分子链以范德华力接合，其热稳定性、耐热性差，增塑剂作用不稳定，易挥发迁移。因此，抑制PVC中增塑剂的挥发迁移就是避免后视镜胶套化学污染烤漆件的有效措施。
    虽然DOP因其综合性能好、价格适中等因素，是PVC中用量最多的一种主增塑剂，但DOP终归属于小分子增塑剂，添加比例越大、制品越柔软、流动性能越好，然而过多添加反而会导致增塑剂易析出，所以，有必要选用适宜的增塑剂与DOP搭配使用，以减少DOP的迁移。试验表明，采用环氧大豆油与DOP按1：10比例并用，可以有效改善PVC的耐化学性；采用聚醋增塑剂与DOP按1：5比例并用，可以明显起到固定增塑剂在不同制品表面迁移的作用；采用NBR与DOP按2：3比例并用，也能够很好地利用NBR产生吸收和固定增塑剂的作用。此外，研究发现，高分子量增塑剂也能起到增塑作用，且耐迁移性较好，因此，可以利用DOP和高分子量增塑剂聚乙二酸丙二醇酯 （PPA）共混，已达到减少DOP迁移的效果；氯乙烯（VC）-丙烯酸长链烷基醋共聚物具有明显的内增塑效果，能很好地解决PVC制品的增塑剂迁移问题 。
    4 小结
    随着技术的进步、市场的需求、环境的需要，成本较低的PVC应用将更加广泛，提升软质PVC的耐磨性、抑制PVC制品中增塑剂的迁移，都能够有效改善PVC对烤漆件的污染。