某小型SUV車內空氣質量檢測及案例分析

王添琪

(安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽合肥 230601)

0 引言

為了滿足消費者對汽車舒適性和感官的要求，生產企業不斷提高汽車內飾的設計水平，使用了更多的新技術、新材料、新工藝。非金屬材料和黏結劑的大量應用會導致車內污染物積聚，危害人體健康。研究發現，車內的空氣污染程度有時會高于車外的10倍[1]。

1 某款小型SUV整車空氣質量VOC檢測及分析

1.1 檢測方案

(1)樣車準備

兩臺下線30天小型SUV。

(2)采樣方法

按照HJ/T 400-2007《車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法》的規定進行[2]。

(3)采樣點設置

檢測車輛SUV為M1類車輛，在前排座椅頭枕連線的中點布置1個測量點，采樣點的高度與駕乘人員呼吸帶高度相一致。

1.2 檢測結果

委托CTI第三方檢測機構對該SUV整車進行VOC檢測，按照GB/T 27630-2011《乘用車車內空氣質量評價指南》對檢測結果進行判定[3]，如表1所示。

表1 整車VOC檢測結果

注：N.D.表示未檢測到，下同。

通過與限值標準對比，可知兩臺檢測樣車均是二甲苯超標，其他揮發有機物滿足標準要求。

1.3 VOC檢測結果分析

針對二甲苯超標，分析苯系物的主要揮發源，并對車內主要零部件進行袋子法VOC檢測排查。圖1為車內VOC相關的主要零部件。

圖1 車內VOC相關的主要零部件

根據該車型結構特點，共識別車內主要零部件22種。考慮到揮發性有機物的散發特性，統一對下線15天以內的零部件進行VOC檢測，應用2 000 L袋子法，具體檢測方法及限值要求依據Q/JQ 11159-2014《車內零部件揮發性有機物要求及測試方法》[4]，二甲苯限值要求如表2所示。

表2 各零部件二甲苯限值要求 μg·m-3

結合整車超標項，橫向對比各零部件揮發量，按照揮發量大小排序，找出對應TOP零部件，確認整改目標。TOP零部件排序如圖2所示。

橫向對比后，依據各零部件二甲苯限值要求，此次SUV二甲苯超標零部件有門板總成、立柱總成、前排座椅、后排座椅和頂棚，整車改進方向主要從TOP零部件的4M信息入手，找出零部件VOC影響因素，制定整改措施，進而提升整車VOC質量。

圖2 TOP零部件排序

2 VOC整改提升

2.1 門板VOC整改案例

門板是車內重點零部件之一，包括四門、尾門(兩廂車)，總體占車內較大體積。門板總成工藝復雜，包括注塑、包覆、噴涂、粘接等，多工藝復合導致產品散發性較差。此節以門板為例進行案例分析。將門板生產過程進行分解，從4M信息逐步剖析，通過人、機、料、法各方面細化，逐一排查生產過程中重點影響源。

門板4M信息中，人員操作、生產設備作為生產固定項，并非主要原因；可以有較大變動的材料、工藝方法則對產品最終狀態影響頗大。識別各子零部件的材料和工藝，如表3所示。

表3 各子零部件的材料和工藝清單

針對產品子零件的材料和工藝進行排查分析如下：

(1)PP原材料。原料本身易有苯系物殘余，加工過程容易造成分子鏈分解，釋放小分子。

(2)吸音棉(帶背膠)。吸音棉采用的廢舊發泡有較大揮發性，背膠易產生苯類殘留。

(3)表皮(PVC)。軟質PVC中加入大量增塑劑，易導致苯類物質散發較高。

(4)表皮用膠水。膠水使用溶劑中容易殘余苯系物質及醛類物質。

(5)ABS原料和母粒。ABS材料中可能有苯系物單體殘留。

(6)油漆。油漆需要溶劑稀釋，往往含有大量苯系物。

(7)EPS防撞塊。PS單體為苯乙烯，會有單體殘留造成揮發性高。

對門板中幾個疑似散發源部件進行單獨檢測，排查可能影響源，以門板本體為例進行整改分析。門板本體PP(聚丙烯)原材料本身合成過程中易含有揮發性有機物殘留，通過加入多孔吸附材料，可降低原材料中小分子含量。另外，加工工藝溫度過高、剪切速率過快，會造成高分子降解，揮發出小分子。通過控制工藝條件(注塑溫度不高于220 ℃)，適當改造螺桿(擠出雙螺桿設計)，可使得加工過程中散發降至最少。

根據分析結果，在PP原材料中增加多孔吸附材料，注塑溫控制在220 ℃，使用高長徑比的雙螺桿擠出機，熔體輸送段安裝多階真空抽裝置，并添加自制的小分子驅除劑，制備了低散發型聚丙烯復合材料。采用改進后的原材料和工藝制件，對比改進前、后的門板本體VOC揮發值，其檢測結果如表4所示。

表4 門板本體VOC整改驗證數據 μg·m-3

從檢測結果看到：通過原材料和工藝的整改，門板本體VOC散發得到較好控制。為了進一步提升門板總成的VOC質量，對其他子零部件進行同步整改，并將各整改子零部件組裝門板總成，再次對總成進行檢測、對比，結果見表5。

表5 門板總車整改前后對比數據 μg·m-3

整改后，各項指標大幅降低，散發性有較明顯的改善，尤其是在苯系物的控制。

2.2 整車VOC整改驗證及后續提升

零部件整改后，進行整車驗證，驗證采用第1.1檢測方案，其中樣車采用4臺下線28天的新車，以驗證整改效果的一致性。檢測數據見表6。

表6 整車驗證數據 μg·m-3

從新一輪整車驗證數據可知，SUV整車VOC狀態良好，僅其中一臺車輛二甲苯微量超標。因此，在正向提升的基礎上，如何再用物理或化學處理方法進一步提升車內空氣質量以及如何確保整車VOC質量的一致性將成為作者研究的另一個課題。同時，為了固化整改措施，確保生產出低VOC零部件，總結出零部件開發過程禁用材料清單，如表7所示。

表7 零部件開發過程禁用材料清單

3 結論

通過對某款小型SUV整車空氣質量VOC檢測及數據分析，找到了從設計源頭提高車內空氣質量的方法。對兩臺下線30天小型SUV進行整車VOC檢測，針對二甲苯超標，分析苯系物的主要揮發源，并對車內識別的22種主要零部件進行袋子法VOC檢測排查。橫向對比各零部件的二甲苯揮發量，找出對應TOP零部件，確認整改目標。從零部件的4M信息入手，以門板VOC整改案例進行分析，識別門板各子零件的材料和工藝，查找VOC主要揮發源并進行逐級驗證，并形成組織記憶力，總結出零部件開發過程禁用材料清單，指導低VOC零部件的生產，以達到提升車內VOC質量的最終目標。

參考文獻:

[1]王新，丁鐘．汽車車室內VOC探討及膠粘劑解決對策[J]．化工新材料，2013,41(2)：157-159,167.

WANG X,DING Z.Discussion of VOC in the Car Cabin and Adhesives Solutions[J].New Chemical Materials,2013,41(2):157-159,167.

[2]中華人民共和國環境保護部.乘用車車內空氣質量評價指南:GB/T 27630-2011[S].北京:中國環境科學出版社,2012.

[3]中華人民共和國環境保護部.車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法:HJ/T 400-2007[S].北京:中國環境科學出版社,2008.

[4]安徽江淮汽車股份有限公司.車內零部件揮發性有機物要求及測試方法:Q/JQ-11159-2014[S].合肥:安徽江淮汽車股份有限公司,2014.