门板中嵌缝线发霉失效案例研究

孙晓晓

(上汽集团股份有限公司乘用车公司,上海 201804)

0 前言

汽车是现代社会不可或缺的工具,在汽车的开发过程中,经常会遇到各种失效问题需要分析和解决。非金属材料的失效分析通常比金属材料更加复杂,在失效分析的过程中,不仅需要了解零件的材料工艺情况、失效背景、结构受力等,还需要对材料的性能、成分等进行检测和比较,并对推测的情况进行复现及验证。非金属材料的失效分析随着非金属制品产量越来越高而受到重视,分析的结果可以对后续产品的开发提供参考。

汽车门板是汽车的重要部件之一。门板的内部构造往往由织物皮革、缝线等构成,但由于汽车门板处于车辆的内部,且长期处于相对密闭的环境中,在特殊分环境下会出现缝线发霉的情况,这会影响到汽车的感观质量及车辆的服务寿命,也会影响品牌的推广。因此,对汽车门板缝线发霉的原因进行分析十分必要。

1 试验部分

1.1 失效件初步分析

对返回零件进行失效分析。在显微镜下观察,发现缝线表面有白色异物,白色异物有类似结晶的结构(见图1、图2)。经初步分析,白色异物可能为霉菌或者析出物。

图1 失效件

图2 失效件显微镜照片

1.2 主要设备与仪器

立体显微镜,VHX-2000E,日本基恩士公司;

扫描电镜,ZVOMA 25,德国蔡司有限公司;

热裂解气相色谱质谱联用仪,QP2010Ultra,日本岛津公司。

1.3 仪器分析试验方法

(1) 立体显微镜分析试验:用干净的镊子将白色异物取出放在玻璃片上,然后将白色异物染色后,在1 000倍的立体显微镜下观察是否有霉菌结构。

(2) 扫描电镜分析试验:对不同物质喷金后用胶带固定放入扫描电镜中,然后对不同物质进行能谱扫面及分析。

(3) 热裂解气相色谱质谱联用仪分析试验:使用干净的镊子或刀片截取测试所需样品质量(0.1 mg)进行分析试验。测试设备参数分别为: 气象色谱进样口温度320 ℃;质谱扫描范围29～600(质荷比)。

2 结果与讨论

2.1 霉菌成分分析

将失效件寄至第三方进行菌类检测[1],检测结果表明,在显微镜下未观察到完整的霉菌结构,初步判断该异物不是霉菌(见图3)。

同一名称翻译不统一也是英文公示语中常见的错误。例如镇江博物馆里服务台有两种翻译，Information Center和Information Desk，开放时间也有两种翻译，SERVING HOURS和Open time。无论是从整体性还是和谐性来说，一个景点的同一地名译名应当统一。另外，“服务台”的翻译也存在问题，根据《规范》应译为Service Desk。“开放时间”也译错了，《规范》中的译文应为Opening Hours。

图3 染色后失效件显微图片

2.2 成分分析

2.2.1 能谱元素分析

对失效件和新件的表皮、缝线、海绵及白色异物进行能谱元素分析[2-3],结果见表1。从表1可以看出:失效件白色异物中有N、Cl、Si、Na、P、Ca等元素,由于失效件曾淋雨,以上元素可能为雨水污染或者材料析出。

表1 能谱分析结果

2.2.2 气相色谱质谱(GCMS)成分分析

对新件及失效件的海绵及白色异物进行GCMS分析,结果见图4。失效件白色异物GCMS图谱中,12.5 min及16.7 min是磷酸酯类化合物——磷酸三(2-氯丙基)酯,其质谱图见图5,主要特征离子质荷比为99、125、201;中间14 min是三聚氰胺,其质谱图见图6,主要特征离子质荷比为43、68、85、126;20 min之后峰是邻苯二甲酸酯,其质谱图见图7,主要特征离子质荷比为43、57、71、149、167。

图4 海绵与白色异物的GCMS图谱

图5 磷酸三(2-氯丙基)酯质谱图

图6 三聚氰胺质谱图

图7 邻苯二甲酸酯质谱图

通过比较发现白色异物中的某些组分与海绵中的添加剂可以对应,图4框内磷酸酯类及三聚氰胺出峰基本一致,但是海绵中的量相对较少。经了解,海绵中含有三聚氰胺及磷系阻燃剂。

图8为缝线GCMS图谱。经与白色异物比较,新件缝线无磷酸酯类及三聚氰胺,且其图谱结果与失效件异物无对应。

图8 缝线GCMS结果

图9为表皮聚氯乙烯(PVC)GCMS图谱。经比较,新件PVC表皮无磷酸酯类及三聚氰胺,且其图谱结果与失效件异物无对应。

图9 PVC表皮GCMS结果

综上,失效件白色异物中的某些组分与海绵中的添加剂可以对应,经了解,海绵中含有三聚氰胺及磷系阻燃剂,结合元素分析,失效件可能为淋雨后无机盐析出的同时析出了海绵的阻燃剂。

3 失效模拟

分别使用纯水、雨水(pH为8.4,用河水代替)、5%(质量分数,下同)盐水、10%盐水充分淋湿门板中嵌表皮,然后对不同被污染的表皮进行试验观察,看是否有类似失效。试验条件分别为:(1) 23 ℃、50%相对湿度;(2) 40 ℃;(3) 60 ℃;(4) 25 ℃、90%相对湿度(适合霉菌生长)。7 d后结果见图10、图11[4-6]。

(a) 纯水-条件1

(a) 5%盐水-条件1

失效模拟统计结果见表2。由表2可以看出:用纯水浸湿后的表皮在4个条件下均无异物析出;用雨水浸湿后的表皮在条件1、条件2、条件3烘箱放置后产生白色异物,与失效件相似;用5%盐水和10%盐水浸湿后的表皮在条件1、条件2、条件3烘箱放置后均有白色异物析出,与失效件相似;而表皮在条件4下均无类似异物产生。

表2 失效模拟结果

对模拟件的白色析出物进行元素能谱分析及GCMS分析,结果见表3及图12。由表3可以看出:雨水模拟的析出物其元素基本和失效件白色异物一致。由图12可以看出:在雨水和盐水模拟析出物中均测出了三聚氰胺物质,此结果与失效件异物GCMS结果基本一致。

表3 模拟件元素能谱结果

图12 模拟件GCMS谱图

该款门板中嵌海绵使用的是聚醚海绵,而其他门板项目一般都使用聚酯海绵。因此,对不同海绵复合的表皮被盐水污染后是否均会有异物析出进行研究。使用5%盐水浸润聚酯海绵复合表皮和聚醚海绵复合表皮,放入40 ℃烘箱中进行观察,结果见图13。由图13可以看出:1 d后聚酯海绵复合的表皮缝线表面析出白色异物,与聚醚海绵复合的表皮及失效件的表观一致。对表皮缝线表面析出白色异物进行能谱元素分析,结果见表4。由表4可以看出:表皮缝线表面析出白色异物的元素分析一致,少量的Si元素可能为缝线中硅蜡的析出。由此可见,海绵类型不影响无机物的析出。对聚酯海绵复合的表皮缝线表面析出白色异物进行GCMS测试,结果显示为空白图,无三聚氰胺等阻燃成分(聚酯海绵无阻燃剂,聚醚海绵含有三聚氰胺阻燃剂)。

表4 模拟件元素能谱结果

图13 海绵及缝线模拟分析

对缝线有无是否会影响无机物的析出进行研究。图13中:1#样品为用5%盐水浸润缝线;2#样品为拆除缝线后,用5%盐水浸润缝线孔洞及周围表皮;3#样品为5%盐水浸润缝线后再拆除缝线,放入40 ℃烘箱中1 d。由图13可以看出:1#、2#、3#样品试验后均有白色异物析出,且缝线在浸润盐水后也会单独析出白色异物。由此证明,缝线、表皮受无机物污染后也会有无机物的析出。

4 结语

综上,门板中嵌表皮缝线并非真正的发霉,白色异物无霉菌结构,而是受雨水等无机物污染后析出无机物,同时导致海绵中的阻燃剂、缝线中的硅蜡等析出。海绵的类型对表皮受污染后的无机物析出无明显影响。缝线及打孔的PVC在受到无机物污染后也会出现析出现象。因此建议零件应尽量避免淋雨或者淋雨后及时擦干。