一种塑料零件质量监控方法与流程

本发明涉及塑料零件相关技术领域，特别是一种塑料零件质量监控方法。

背景技术：

随着汽车节能减排和轻量化的要求，塑料制品在汽车中的使用越来越广泛。为了控制注塑件质量，主机厂通常采用设置材料认可清单，按照材料种类逐个认可不同原材料供应商产品牌号的方法，对注塑件的原料进行管控。但是随着汽车市场竞争的白热化，塑料零部件供应商注塑加工成本压力与日俱增，一些塑料零部件供应商往往偏离工程图纸文件要求，通过更换未经主机厂认可的低价原材料的方法来降低成本，从而增加注塑零部件在客户使用时的失效风险。供应商为了使零件外观和性能不发生改变，更换的低价材料的材料类型往往与图纸中规定的材料类型一致。

同类型材料的不同牌号产品，材料和填料含量往往没有区别，区别只在与添加助剂的配方，即材料中微量助剂的种类和含量。现有的检测塑料中化学物质的方法，通过气相色谱质谱联用(gc-ms)或高效液相色谱(hp-lc)技术先建立某种助剂的标准曲线，再检测产品中该物质的含量的方法。然而，要直接识别注塑件原材料的牌号非常困难，目前国内外均未有相关文献专利报道。主要原因有两点，一、原材料配方为原材料供应商的核心技术机密，不可能完全公开，同时各个原材料供应商的不同牌号的产品配方均不相同，因此无法确定目标检测物；二、每个塑料改性配方设及到的添加助剂多达几十种，市售的可用于塑料改性的助剂共计达上万种。如果依据现有技术的方式，工作量和成本会非常大，远远超过企业的负担能力。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有技术检测塑料中化学物质的方法成本过高的技术问题，提供一种塑料零件质量监控方法。

本发明提供一种塑料零件质量监控方法，包括：

萃取步骤，获取待测零件的有机萃取液作为待测萃取液，获取所述待测零件标称牌号的原材料所得的有机萃取液作为标称萃取液；

光谱测试步骤，对所述待测萃取液进行傅立叶变换红外光谱测试，将测试得到的红外光谱图作为待测红外光谱图，对所述标称萃取液进行傅立叶变换红外光谱测试，将测试得到的红外光谱图作为标称红外光谱图；

判断步骤，如果所述待测红外光谱图与所述标称红外光谱图匹配，则判断所述待测零件与标称牌号的原材料一致，否则判断所述待测零件与标称牌号的原材料不一致。

进一步的，所述萃取步骤，具体包括：

将待测零件粉碎得到待测粉碎物，将所述待测零件标称牌号的原材料粉碎得到标称粉碎物；

称取相同质量的待测粉碎物和标称粉碎物；

如果所述待测零件标称牌号的原材料为结晶性材料，则将待测粉碎物加入有机萃取溶剂进行机械震荡萃取，得到的有机溶剂萃取液作为待测萃取液，将标称粉碎物加入有机萃取溶剂进行机械震荡萃取，得到的有机溶剂萃取液作为标称萃取液；

如果所述待测零件标称牌号的原材料为非结晶性材料，则将待测粉碎物加入有机萃取溶剂进行溶解沉淀萃取，得到的有机溶剂萃取液作为待测萃取液，将标称粉碎物加入有机萃取溶剂进行溶解沉淀萃取，得到的有机溶剂萃取液作为标称萃取液。

更进一步的，所述如果所述待测零件标称牌号的原材料为结晶性材料，则将待测粉碎物加入有机萃取溶剂进行机械震荡萃取，得到的有机溶剂萃取液作为待测萃取液，将标称粉碎物加入有机萃取溶剂进行机械震荡萃取，得到的有机溶剂萃取液作为标称萃取液，具体包括：

如果所述待测零件标称牌号的原材料为结晶性材料，则：

将待测粉碎物用有机萃取溶剂浸泡72小时以上，再进行1小时以上的机械震荡萃取，得到的有机溶剂萃取液作为待测萃取液；

将标称粉碎物用有机萃取溶剂浸泡72小时以上，再进行1小时以上的机械震荡萃取，得到的有机溶剂萃取液作为标称萃取液。

再进一步的，所述结晶性材料包括：聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲醛及其玻纤或矿粉的填充改性材料。

再进一步的，如果所述待测零件标称牌号的原材料为结晶性材料，则选取包括体积比为4:1～1:1的主体萃取剂和辅助萃取剂作为萃取剂，所述主体萃取剂为甲醇，所述辅助萃取剂为丙酮、四氢呋喃、乙醇、二氯甲烷中的一种或几种。

更进一步的，所述如果所述待测零件标称牌号的原材料为非结晶性材料，则将待测粉碎物加入有机萃取溶剂进行溶解沉淀萃取，得到的有机溶剂萃取液作为待测萃取液，将标称粉碎物加入有机萃取溶剂进行溶解沉淀萃取，得到的有机溶剂萃取液作为标称萃取液，具体包括：

如果所述待测零件标称牌号的原材料为非结晶性材料，则：

将待测粉碎物使用有机溶剂进行溶解，充分溶解后加入沉淀剂沉淀，静置10分钟至60分钟后，用吸管吸取上层清澈萃取液作为待测萃取液；

将标称粉碎物使用有机溶剂进行溶解，充分溶解后加入沉淀剂沉淀，静置10分钟至60分钟后，用吸管吸取上层清澈萃取液作为标称萃取液。

再进一步的，所述非结晶性材料包括：聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金、丙烯酸酯类橡胶-丙烯腈-苯乙烯共聚物及其玻纤或矿粉的填充改性材料。

再进一步的：

如果所述原材料为聚氯乙烯及其玻纤或矿粉的填充改性材料，选取四氢呋喃作为所述有机溶剂，选取丙酮或甲醇作为所述沉淀剂；

如果所述原材料为聚苯乙烯及其玻纤或矿粉的填充改性材料，选取甲苯作为所述有机溶剂，选取乙醚作为所述沉淀剂；

如果所述原材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金、丙烯酸酯类橡胶-丙烯腈-苯乙烯共聚物及其玻纤或矿粉的填充改性材料，选取甲苯或四氢呋喃作为所述有机溶剂，选取甲醇或乙醇作为所述沉淀剂。

进一步的，所述对所述待测萃取液进行傅立叶变换红外光谱测试，将测试得到的红外光谱图作为待测红外光谱图，对所述标称萃取液进行傅立叶变换红外光谱测试，将测试得到的红外光谱图作为标称红外光谱图，具体包括：

对所述待测萃取液过滤并烘干后，将所得的固体与溴化钾共混压片，对得到的压片进行傅立叶变换红外光谱测试，将测试得到的红外光谱图作为待测红外光谱图，对所述标称萃取液过滤并烘干后，将所得的固体与溴化钾共混压片，对得到的压片进行傅立叶变换红外光谱测试，将测试得到的红外光谱图作为标称红外光谱图。

更进一步的，对所述待测萃取液通过孔径为0.20～0.45μm的滤膜进行过滤，对所述标称萃取液通过孔径为0.20～0.45μm的滤膜进行过滤。

再进一步的，所述判断步骤，具体包括：

计算所述待测红外光谱图与所述标称红外光谱图的相似匹配度，如果相似匹配度大于预设匹配度阈值时，判断所述待测零件与标称牌号的原材料一致，否则判断所述待测零件与标称牌号的原材料不一致。

本发明整合了塑料助剂萃取技术和谱图识别技术，利用低成本检测方法：傅立叶变换红外光谱(ftir)法替代传统的gc-ms和hp-lc检测手段，通过“黑匣子”对比，即把材料牌号不确定的塑料零件与牌号明确的材料进行助剂萃取物红外谱图的对比，在不需要知道材料助剂种类和含量的前提下，通过数学算法判断二者萃取物的红外光谱谱图是否匹配，进而判断出二者材料配方是否一致。利用各个原材料供应商产品牌号配方各不相同的特点，来实现零件材料牌号的识别，可以有效监控注塑供应商更换原材料的问题，实现注塑产品质量的监控。本发明特别适用于在塑料零件图纸或相关文件中对零件材料牌号有明确定义的汽车行业塑料零件材料牌号的识别。

附图说明

图1为本发明一种塑料零件质量监控方法的工作流程图；

图2为本发明最佳实施例1中的红外谱图对比示意图；

图3为本发明最佳实施例2中的红外谱图对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示为本发明一种塑料零件质量监控方法的工作流程图，包括：

步骤s101，获取待测零件的有机萃取液作为待测萃取液，获取所述待测零件标称牌号的原材料所得的有机萃取液作为标称萃取液；

步骤s102，对所述待测萃取液进行傅立叶变换红外光谱测试，将测试得到的红外光谱图作为待测红外光谱图，对所述标称萃取液进行傅立叶变换红外光谱测试，将测试得到的红外光谱图作为标称红外光谱图；

步骤s103，如果所述待测红外光谱图与所述标称红外光谱图匹配，则判断所述待测零件与标称牌号的原材料一致，否则判断所述待测零件与标称牌号的原材料不一致。

具体来说，步骤s101首先通过图纸文件信息获取待测零件标称牌号，然后对待测零件和待测零件标称牌号的原材料分别进行萃取，萃取过程同步进行，处理条件和反应时间相同，得到待测萃取液和标称萃取液，步骤s102则对待测萃取液和标称萃取液进行傅立叶变换红外光谱(ftir)测试得到待测红外光谱图和标称红外光谱图，红外光谱仪测量波段为：波数范围500～2500cm^-1，分辨率4～8cm^-1，扫描次数：8～64。最后在步骤s103中根据待测红外光谱图和标称红外光谱图是否匹配来判断待测零件与标称牌号的原材料是否一致。

本发明整合了塑料助剂萃取技术和谱图识别技术，利用低成本检测方法：傅立叶变换红外光谱(ftir)法替代传统的gc-ms和hp-lc检测手段，通过“黑匣子”对比，即把材料牌号不确定的塑料零件与牌号明确的材料进行助剂萃取物红外谱图的对比，在不需要知道材料助剂种类和含量的前提下，通过数学算法判断二者萃取物的红外光谱谱图是否匹配，进而判断出二者材料配方是否一致。利用各个原材料供应商产品牌号配方各不相同的特点，来实现零件材料牌号的识别，可以有效监控注塑供应商更换原材料的问题，实现注塑产品质量的监控。本发明特别适用于在塑料零件图纸或相关文件中对零件材料牌号有明确定义的汽车行业塑料零件材料牌号的识别。

在其中一个实施例中，所述步骤s101，具体包括：

将待测零件粉碎得到待测粉碎物，将所述待测零件标称牌号的原材料粉碎得到标称粉碎物；

称取相同质量的待测粉碎物和标称粉碎物；

如果所述待测零件标称牌号的原材料为结晶性材料，则将待测粉碎物加入有机萃取溶剂进行机械震荡萃取，得到的有机溶剂萃取液作为待测萃取液，将标称粉碎物加入有机萃取溶剂进行机械震荡萃取，得到的有机溶剂萃取液作为标称萃取液；

如果所述待测零件标称牌号的原材料为非结晶性材料，则将待测粉碎物加入有机萃取溶剂进行溶解沉淀萃取，得到的有机溶剂萃取液作为待测萃取液，将标称粉碎物加入有机萃取溶剂进行溶解沉淀萃取，得到的有机溶剂萃取液作为标称萃取液。

具体来说，可以将待测零件和待测零件标称牌号的原材料粉碎成塑料粉末或小粒子，称取相同质量后，放入样品瓶，加入同样种类及体积的有机萃取溶剂，通过机械震荡萃取和溶解沉淀萃取方法，形成待测萃取液和标称萃取液。

本实施例通过机械震荡萃取和溶解沉淀萃取方法得到待测萃取液和标称萃取液，现有的萃取方式主要是加热回流萃取法、超临界流体萃取法和高压溶剂萃取法，然而现有的这些萃取方式的缺点有两个，一是需要明火加热或超高压力，实验安全性难以保证；二是需要特殊的设备，比如加热回流萃取法需要索氏提取器和加热装置，超临界流体萃取法需要流体萃取仪，高压溶剂萃取法需要能承载高压的反应器。

而本实施例采用机械震荡萃取和溶解沉淀萃取方法，避免了使用加热回流萃取法，超临界流体萃取法和高压溶剂萃取法，实验过程更加安全可靠，不需要特殊设备。

在其中一个实施例中，所述如果所述待测零件标称牌号的原材料为结晶性材料，则将待测粉碎物加入有机萃取溶剂进行机械震荡萃取，得到的有机溶剂萃取液作为待测萃取液，将标称粉碎物加入有机萃取溶剂进行机械震荡萃取，得到的有机溶剂萃取液作为标称萃取液，具体包括：

如果所述待测零件标称牌号的原材料为结晶性材料，则：

将待测粉碎物用有机萃取溶剂浸泡72小时以上，再进行1小时以上的机械震荡萃取，得到的有机溶剂萃取液作为待测萃取液；

将标称粉碎物用有机萃取溶剂浸泡72小时以上，再进行1小时以上的机械震荡萃取，得到的有机溶剂萃取液作为标称萃取液。

本实施例先用有机萃取溶剂浸泡72小时以上，再进行1小时以上的机械震荡萃取，能够削弱聚合物分子链间作用力，使得链段能够运动，将共混于塑料聚合物基体的小分子助剂从链段的结合作用下脱离，溶解于溶剂，得到相应的萃取液。

在其中一个实施例中，所述结晶性材料包括：聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲醛及其玻纤或矿粉的填充改性材料。

在其中一个实施例中，如果所述待测零件标称牌号的原材料为结晶性材料，则选取包括体积比为4:1～1:1的主体萃取剂和辅助萃取剂作为萃取剂，所述主体萃取剂为甲醇，所述辅助萃取剂为丙酮、四氢呋喃、乙醇、二氯甲烷中的一种或几种。

在其中一个实施例中，所述如果所述待测零件标称牌号的原材料为非结晶性材料，则将待测粉碎物加入有机萃取溶剂进行溶解沉淀萃取，得到的有机溶剂萃取液作为待测萃取液，将标称粉碎物加入有机萃取溶剂进行溶解沉淀萃取，得到的有机溶剂萃取液作为标称萃取液，具体包括：

如果所述待测零件标称牌号的原材料为非结晶性材料，则：

将待测粉碎物使用有机溶剂进行溶解，充分溶解后加入沉淀剂沉淀，静置10分钟至60分钟后，用吸管吸取上层清澈萃取液作为待测萃取液；

将标称粉碎物使用有机溶剂进行溶解，充分溶解后加入沉淀剂沉淀，静置10分钟至60分钟后，用吸管吸取上层清澈萃取液作为标称萃取液。

本实施例先使用有机溶剂进行溶解，使聚合物分子连同小分子助剂都能够溶解于溶剂，充分溶解后加入沉淀剂沉淀，所选的沉淀剂为聚合物分子的不良溶剂，会将聚合物沉淀而小分子助剂可以继续溶解于溶剂，静置10分钟至60分钟后，则可以用吸管吸取上层清澈萃取液得到相应的萃取液。

在其中一个实施例中，所述非结晶性材料包括：聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金、丙烯酸酯类橡胶-丙烯腈-苯乙烯共聚物及其玻纤或矿粉的填充改性材料。

在其中一个实施例中：

如果所述原材料为聚氯乙烯及其玻纤或矿粉的填充改性材料，选取四氢呋喃作为所述有机溶剂，选取丙酮或甲醇作为所述沉淀剂；

如果所述原材料为聚苯乙烯及其玻纤或矿粉的填充改性材料，选取甲苯作为所述有机溶剂，选取乙醚作为所述沉淀剂；

如果所述原材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金、丙烯酸酯类橡胶-丙烯腈-苯乙烯共聚物及其玻纤或矿粉的填充改性材料，选取甲苯或四氢呋喃作为所述有机溶剂，选取甲醇或乙醇作为所述沉淀剂。

在其中一个实施例中，所述对所述待测萃取液进行傅立叶变换红外光谱测试，将测试得到的红外光谱图作为待测红外光谱图，对所述标称萃取液进行傅立叶变换红外光谱测试，将测试得到的红外光谱图作为标称红外光谱图，具体包括：

对所述待测萃取液过滤并烘干后，将所得的固体与溴化钾共混压片，对得到的压片进行傅立叶变换红外光谱测试，将测试得到的红外光谱图作为待测红外光谱图，对所述标称萃取液过滤并烘干后，将所得的固体与溴化钾共混压片，对得到的压片进行傅立叶变换红外光谱测试，将测试得到的红外光谱图作为标称红外光谱图。

具体来说，对待测萃取液和标称萃取液过滤并烘干后，将所得的固体与溴化钾(kbr)研磨共混，通过kbr压片法测试烘干残留固体的红外谱图。

在其中一个实施例中，对所述待测萃取液通过孔径为0.20～0.45μm的滤膜进行过滤，对所述标称萃取液通过孔径为0.20～0.45μm的滤膜进行过滤。

本实施例通过滤膜过滤掉液体中红的杂质和小颗粒，保证实验准确性。

在其中一个实施例中，所述步骤s103，具体包括：

计算所述待测红外光谱图与所述标称红外光谱图的相似匹配度，如果相似匹配度大于预设匹配度阈值时，判断所述待测零件与标称牌号的原材料一致，否则判断所述待测零件与标称牌号的原材料不一致。

具体来说，采用相似匹配度(similaritymatch)对两张红外谱图进行相似匹配度计算。匹配度阈值可以为90，当相似匹配度值大于90即表明待测零件的材料牌号与该零件图纸定义的材料相同，即待测零件所用材料与图纸定义相符。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

(1)本发明结合了塑料助剂萃取技术和红外谱图识别技术，建立了一种塑料零件质量监控方法，能够有效鉴别塑料零件材料牌号与图纸是否一致的方法，进而能够监控零件注塑供应商更换未认可的低价原材料的问题；

(2)本发明塑料添加剂萃取采用机械震荡萃取法及溶解/沉淀萃取法，避免了使用加热回流萃取法，超临界流体萃取法和高压溶剂萃取法，实验过程更加安全可靠，不需要特殊设备。同时采用ftir替代gc-ms和hp-lc方法，使用成本非常低，十分适合在企业应用；

(3)本发明通过“黑匣子”对比，即将未知牌号的塑料零件与牌号明确的材料进行萃取物谱图对比，在不需要知道材料中助剂种类和含量的前提下，分辨出二者牌号是否一致；

(4)本发明测试灵敏度高，可大批量处理，同时所需样品用量少，仅需1.0克左右，从汽车大零件如保险杠、仪表板骨架到小零件如塑料按钉、塑料齿轮均可进行检测。

如下为本发明最佳实施例：

最佳实施例1：

欲检测某车型雾灯盖板材料(pp)的牌号是否与图纸中的要求一致：(1)通过雾灯盖板工程图纸等文件得知，该零件所用的pp材料为a供应商产品牌号为x的pp原料。取该牌号的材料0.5g，同时用美工刀切取待测的汽车雾灯盖板零件材料0.5g，将两份样品均切碎为小于0.005g的塑料颗粒，分别放入样品瓶，加入甲醇/四氢呋喃体积比为1：1的萃取液2.0ml，静置96h后，进一步进行机械震荡1.5h，得到材料助剂的萃取液。(2)将得到的两份萃取液通过0.45μm的滤头，过滤掉萃取液中的小颗粒杂质后，分别在80℃下烘干20min，将烘干后所得的残留固体与2mgkbr共混，并进行傅立叶变换红外光谱(ftir)测试，其中波数范围为500～2000cm^-1，分辨率4cm^-1，扫描次数为32次。得到如图2所示的红外谱图(3)通过红外光谱处理软件nicoletomnic的相似匹配度(similaritymatch)分析功能对红外谱图进行相似匹配度计算，谱图相似匹配度值为92.7，大于90的阈值，可以认为待测零件的材料牌号与该零件图纸定义的牌号为xpp材料相同，即待测零件所用材料的牌号与图纸定义相符。

最佳实施例2：本塑料零部件质量监控方法的步骤如下所述。

欲检测某车型外后视镜壳体材料(asa)的牌号是否与图纸中的要求一致：(1)通过外后视镜工程图纸等文件得知，该零件所用的asa材料为b供应商产品牌号为y的asa原料。取该牌号的材料1.0g，同时用美工刀切取待测的汽车外后视镜壳体零件材料1.0g，将两份样品均切碎为小于0.005g的塑料颗粒，分别放入样品瓶，加入10ml四氢呋喃作为溶剂，静置20min，将材料及材料中的助剂溶解于溶解剂，形成聚合物溶解液；然后加入10ml甲醇作为沉淀剂，将聚合物沉淀。(2)液体静置沉淀20min后，用滴管吸取混合液上层清液10ml，通过0.45μm的滤头，过滤掉萃取液中的小颗粒杂质后，将过滤液分别在80℃下烘干20min，将烘干后所得的残留固体与2mgkbr共混，并进行傅立叶变换红外光谱(ftir)测试，其中波数范围为500～2000cm^-1，分辨率4cm^-1，扫描次数为32次。得到如图3所示的红外图片。(3)通过红外光谱处理软件nicoletomnic的相似匹配度(similaritymatch)分析功能对两张红外谱图进行相似匹配度计算，谱图相似匹配度值为62.4，小于90的阈值，表明待测零件的材料与该零件图纸定义的原材料配方存在明显差别，即待测零件所用材料的牌号与图纸定义不符。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。