比亚迪：汽车外饰用再生PP材料发白条纹机理解析与优化路径研究
中国“强制使用再生塑料”时代第1展
在汽车轻量化与塑料循环利用趋势日益增强的背景下，比亚迪团队针对车用聚丙烯（PP）复合材料在长期使用中易出现的“发白条纹”问题进行了系统研究。通过氙灯加速老化试验，成功复现了保险杠等外饰件在紫外老化后的失效现象，并深入揭示了由弹性体拉伸取向、光老化开裂及滑石粉外露共同引发的表面退化机制。研究还指出，再生料的使用比例及模具浇口位置对该现象有显著影响，为今后再生PP的应用设计与模具优化提供了可操作的技术参考。本文对于提升汽车塑料部件的耐候性能、促进高性能再生料在车用领域的可持续应用具有重要价值。
摘要：汽车塑料件在长期使用过程中易出现耐候性失效问题，尤其是轮眉、保险杠等外饰表面常见交替发白条纹，严重影响外观质量。为解决该问题，采用氙灯加速老化试验在滑石粉填充聚丙烯（PP）注塑样板上成功重现了条纹发白现象，并探讨了其形成机理。研究发现，发白主要源于表面光老化引起的开裂及滑石粉暴露，出现发白区域的O、Mg和Si元素含量明显升高；表面弹性体拉伸取向程度高的区域更易在光照后发生开裂，由于取向不均，还会在光照后呈现黑白相间的条纹。进一步研究发现，PP材料发白条纹的形成与两个因素密切相关：其一，材料本身的基材特性，使用再生料会加速老化分解，从而加剧发白；其二，注塑过程中远离浇口的位置因流动性不足，易导致弹性体取向增强，进而提升光照后开裂的风险。为减缓发白现象对外观的影响，可通过优化PP基材的耐候性、减少再生料用量，以及在模具设计中降低流长比等方式进行改进。
关键词：外饰件；聚丙烯；发白条纹；耐候性；再生料
聚丙烯（PP）因其密度低、成本低、性能优良，在汽车内外饰件中被广泛应用。目前，保险杠、轮眉、侧裙板等汽车外饰件多采用PP基复合材料。为满足性能需求，常在PP中加入改性剂：如添加滑石粉提升刚性并降低收缩率，添加聚烯烃弹性体（POE）或三元乙丙橡胶（EPDM）增强韧性，添加耐热耐光助剂提升长期稳定性。目前常见的外饰材料包括30%滑石粉填充的PP/EPDM（PP+EPDM-T30）和20%滑石粉填充的PP/EPDM（PP+EPDM-T20）等。
然而，PP制品耐老化性能有限，长期使用后易出现发白等表观缺陷，尤其在未喷漆的保险杠与轮眉上，常见黑白相间条纹，严重影响外观和品质。因此，迫切需要研究该现象的成因并寻求解决方案。发白条纹的出现通常与材料老化退化相关，外部因素包括温度、湿度、紫外光照等，内部因素涉及内应力分布及弹性体的粒径与分布等。
Hirano 等研究指出，条纹与PP材料中弹性体的取向与拉伸有关，同时与材料长期服役过程中的降解密切相关。王伟健通过自然曝晒老化实验证实，保险杠发白源于材料表面微裂纹，但该方法周期长，难以快速获取耐候数据。覃家祥等人采用太阳聚光加速老化试验快速复现了发白条纹，并确认其主要由光照诱发。
虽然已有研究初步揭示光照发白的机理，但对其影响因素与优化策略的系统研究仍较少，相关设计指导亦不完善。本文通过氙灯加速老化方法重现PP复合材料光照发白现象，并在机理分析基础上，重点探讨了两类关键因素：不同PP基材特性以及注塑过程中模具浇口远近位置对发白表现的影响。研究成果有助于优化PP复合材料设计，延长使用寿命，并减少服役期内表观缺陷的发生。
— 1—
实验部分
1.1 主要原料
1.2 试样制备
所得颗粒经注塑加工制成测试样板，注塑温度设为200 ℃。如图1所示，样板两端根据与模具浇口的距离划分为近浇口侧与远浇口侧，用于光照试验对比分析。
图1 注塑光照试验样板示意图
1.3 性能测试与结构表征
MFR按ISO 1133-1：2022测试，条件为温度230 ℃，载荷2.16 kg；
密度按ISO 1183-1：2019测试；
氙灯加速老化试验按照Q/BYDQ-A1901.800-2021规定的方法进行，辐照度为(0.55±0.02) W/m2，监测点波长为340 nm；
色差值采用色差仪进行测试；
表面微观形貌分析：参考JY/T 0584-2020，采用SEM对样板表面微观形貌进行分析；
— 2—
结果与讨论
2.1 不同PP基材对光照发白现象的影响
PP复合材料在设计时会根据产品性能需求选用不同类型的PP基材。例如，为提升缺口冲击强度，可选用弹性体含量较高的基材；而对流动性要求高的产品，则采用高熔指（MFR）基材。近年来，受环保趋势推动，再生塑料在PP复合材料中的应用逐渐增多。
为研究不同PP基材对光照发白条纹现象的影响，设计了3种对比配方（见表1）：配方1#使用中等流动性的回收料，配方2#为中等流动性新料，配方3#则采用高流动性新料。为排除抗紫外线助剂对实验结果的干扰，三组配方均未添加该类助剂，以加快发白条纹的出现，便于现象观察与分析。
表1 不同PP基材的对比试验配方(质量份)
在注塑过程中，材料流动性与弹性体拉伸共同作用，易导致制件表面形成明暗相间的虎皮纹。图2展示了不同PP基材注塑样板在光照前的表面状态。可见，在近浇口侧，三种配方均未出现虎皮纹；而在远浇口侧，配方1#与2#出现了明显纹路，配方3#则未见此现象。
产生差异的原因在于，配方1#和2#均含POE，远浇口侧材料流动不稳定，弹性体拉伸取向交替，易形成虎皮纹。此外，两者流动性接近（MFR分别为18.6 g/10 min和19.3 g/10 min），因此表面纹路表现相似。相比之下，配方3#的MFR为28.1 g/10 min，流动性更高，使材料在远浇口区域保持稳定流动，从而减少虎皮纹的出现。三种配方的MFR与密度见表2。
图2 光照前样板表面状态
表2 3种配方材料的MFR和密度
将3种配方样板同时置于氙灯加速老化箱中进行测试，并通过目视法评估其表面状态，结果见表3。由表中可见，配方1#在1 584 kJ（1 200 h）辐照后，近浇口侧与远浇口侧均出现明显发白条纹；而配方2#和3#即使在2 376 kJ（1 800 h）辐照后，样板表面依然未出现发白现象。产生差异的主要原因在于，配方1#所用基材为再生PP，其在前期使用中已发生部分降解，残留的易受紫外线攻击的官能团（如C=O、C=C）加剧了老化过程，导致表面提前出现发白条纹。
表4 不同再生料添加量的对比试验配方(质量份)
图3 样板近浇口侧光照后的表面状态
2.2 样板距离浇口位置对光照发白现象的影响
图4 配方1#样板光照前后的表面状态
图4显示，远浇口侧光照后的白色条纹形状与光照前的虎皮纹完全一致，表明弹性体在不同区域存在差异化拉伸取向，是发白条纹形成的根本原因。尽管近浇口侧光照前未出现可见虎皮纹，但光照后仍产生黑白相间条纹，这是由于弹性体虽有轻微取向，肉眼难以识别，但在光照老化作用下不同取向区域老化程度不同，从而显现出明显的发白条纹。
表5对配方1#样板不同位置光照后的发白程度进行了对比。结果显示，无论近浇口侧还是远浇口侧，黑色与白色区域的明度差（∆L）均显著。白色区域的∆L值分别为5.6和9.0，均高于相邻黑色区域，黑白对比清晰。远浇口侧的∆L差值更大，说明该区域因流动性较差、缺陷较多，老化更为严重，从而导致更明显的发白现象。
表5 配方1#样板不同位置光照后发白程度对比
2.3 光照发白的机理研究
为进一步探究光照后样板表面黑白条纹的形成机理，采用SEM对配方1#样板表面进行分析，结果如图5所示。图中可见，光照老化使样板表面4个区域均出现不同程度的微裂纹，尤其是远浇口侧的白区（见图5b箭头所示），微裂纹最为明显。原因可能在于该区域弹性体取向程度较大，受光照后更易破裂，进而产生微裂纹。黑白相邻区域裂纹数量存在差异，白区裂纹较多，黑区较少，这与弹性体交替拉伸取向密切相关，说明取向更强的区域老化程度更高。
表6 配方1#样板光照后表面元素含量(质量分数)
综上，PP复合材料样板光照后产生发白条纹的机理可总结如下：
注塑过程中，弹性体在不同区域形成交替取向，明显时形成虎皮纹；
光照引起材料降解，取向较强区域因应力集中更易开裂；
微裂纹产生使滑石粉暴露，二者共同导致表面∆L值升高，形成发白现象；
由于取向交替，发白严重程度在表面也呈条纹分布，黑白对比明显，形成视觉上的发白条纹。
— 3—
结论
本研究探讨了滑石粉填充PP复合材料在长时间光照下产生发白条纹的成因及机理，重点分析了PP基材类型与样板在模具中的位置对该现象的影响。
(1) 关于PP基材，结果表明，使用再生料时，近、远浇口侧均出现发白条纹，而新料在相同光照条件下，即使存在虎皮纹，也未发生发白现象。这主要由于再生料中存在已老化的敏感官能团，易受紫外线诱导降解。进一步对比发现，再生料添加比例越高，材料越易发白，为再生料使用提供了设计依据。
(2) 关于样板在模具中的位置，研究显示，远离浇口的区域更易出现发白。这可能与该区域熔体流动性降低、弹性体取向增强有关，同时老化后微裂纹更明显，对注塑产品流长比设计具有参考价值。
(3) 对发白机理的分析表明，该现象主要由表面老化引起的微裂纹及滑石粉外露造成。弹性体取向程度高的区域更易因光照而开裂，交替取向则导致黑白条纹的形成，构成典型的发白条纹特征。
Chem-Replas2025第三届废塑料化学循环论坛（热裂解方向、溶解、非PET解聚）
点击上方海报，提前注册观众，锁定论坛名额
识别二维码，即刻订阅
本篇文章来源于微信公众号:废塑料新观察
推荐文章
-
瑞典纺织品回收创新公司Syre与美国零售巨头Target近日宣布扩大战略合作，旨在将T2T（Textile-to-Textile，即纺织品到纺织品）循环再生涤纶大规模引入服装和家居产品。这项合作的核心是一份直到2030年的重大采购协议，标志着纺织行业正从依赖塑料瓶回收的模式，向更彻底的“闭环”循环迈进。“此次合作有助于加速行业应用，并支持整个行业循环纺织品解决方案的持续发展。”图片来源：Syre— 1 —合作核心：一份宏大的采购蓝图此次合作的核心是Target向Syre采购高达7万吨的T2T再生涤纶，计划在2030年前实现“有意义的产品整合”。T2T（Textile-to-Textile）技术能将废旧衣物、生产边角料等废弃纺织品分解再生，重新制造成服装和家居产品的原料，真正实现“从纺织品到纺织品”的闭环循环。该技术生产的再生涤纶纤维性能与原生涤纶相当，碳排放可减少约85%。目前，T2T再生纤维的主流技术路径包括化学法、生物酶解法与物理法，核心目标均是将废旧纺织品转化为高品质的纺织原料。为满足大额订单，Syre正加速全球产能建设： Syre 位于美国北卡罗来纳州（... -
尽管全球范围内循环经济的呼声日益高涨，但目前仅有不足1%的废旧纺织品能真正实现“纤维到纤维”的规模化循环再造。随着欧盟及美国部分地区密集出台“生产者责任延伸制（EPR）”法案，政策雄心与工业能力之间的鸿沟正前所未有地暴露出来。纺织行业正面临一场由合规性驱动、但受限于技术与成本的艰难转型。 — 1 —政策强力驱动，合规压力陡增在全球消费市场，监管的齿轮已经加速。欧盟正稳步推进EPR规则，要求服装品牌必须在其产品中强制性地加入一定比例的回收含量。法国与荷兰已先行一步，建立了相对成熟的收集与分拣体系；而在美国，加州首部纺织品EPR法案也于今年夏天正式进入实施阶段。 这一全球性的政策收紧，正迫使品牌方陷入一场“原材料争夺战”。然而，基础工业体系的演进速度远滞后于品牌端的转型需求。目前，绝大多数废旧纺织品仍流向填埋场或焚烧炉。随着欧盟计划在2026年实施更严格的废弃物处置限制，如果高质量的回收路径无法同步扩张，整个价值链将面临严重的结构性张力。 — 2 —工业瓶颈：技术成熟度与质量洼地纺织品循环回收并非简单的...
-
5月15日，恒逸石化(000703.SZ)公布，公司作为循环经济的坚定践行者，致力于推动纺织行业走向资源循环、低碳可持续发展的未来。公司子公司湖北恒逸绿色新材料有限公司（以下简称“湖北恒逸”）拟依托覆盖全国的“线上数字化+线下实体”的自建双轨回收系统，创造性采用公司自研独家专利技术，在湖北荆州投资建设“年产30万吨循环新材料工业示范项目”：项目建设地点：湖北省荆州市江陵县新能源新材料产业基地项目建设内容：项目采用自研的独家专利技术，分解回收的旧衣物等废旧纺织品，通过高效解聚提纯工艺技术，得到再生聚酯关键中间体，并重新加工生产出高性能聚酯新材料和功能化特种纤维等高端产品产品方案：项目建成后将形成每年30万吨的绿色循环新材料生产能力项目投资：项目预计总投资10亿元人民币项目进展及规划：项目目前已经按照国家法律、法规规定的用地程序，并通过挂牌出让方式取得项目用地；项目的实施已经取得相关政府部门关于项目立项备案、节能评估、环境影响评价、安全预评价等前置审批或备案手续。废纺化学法再生PET团标研讨会5月28日为规范聚酯...
