車內揮發性有機物的高溫散發特性及管控方法

李艾明，王雷，劉雪峰

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車內揮發性有機物的高溫散發特性及管控方法

李艾明，王雷，劉雪峰

（中國汽車技術研究中心有限公司，天津 300300）

采用采樣袋法和環境艙法對主要內飾零部件和整車在常溫和高溫環境下的揮發性有機物（VOCs）的散發濃度進行測試和分析。結果表明，高溫下的VOCs物質的散發濃度均高于常溫，但高溫對不同的VOCs物質的影響程度不同。通過比較主要內飾零部件的散發濃度差異，找到車內空氣污染物的主要來源，對提升車內空氣質量提出指導性的建議。

車內空氣質量；揮發性有機化合物（VOCs）；常溫；高溫

前言

隨著我國汽車工業的飛速發展和乘用車產銷量的逐年攀升，汽車已成為現代生活的必需品，是最為重要的交通出行工具。消費者在關注汽車的動力性、燃油經濟性等性能指標的同時，也越來越關注汽車的健康環保性能，尤其是衡量車內空氣質量優劣的最重要的因素：揮發性有機化合物(VOCs)的散發濃度[1,2]。因車內氣味問題引發的消費者維權投訴，甚至車輛召回事件也時有發生，VOCs管控也已納入“國六”法規標準的管控體系，可見，無論從法規標準層面，生產制造層面，還是消費者層面，VOCs的管控都應引起全產業鏈企業的高度關注和重視[3,4]。然而由于VOCs物質的來源廣泛，影響因素繁多等，VOCs性能的提升仍存在較大的研究空間[5,6]。本文著重研究溫度對車內VOCs物質散發濃度的影響。

1 試驗對象和方法

依據HJ/T400-2007《車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法》和ISO 12219-1：2012《道路車輛內空氣第一部分：整車測試環境艙法車內揮發性有機物的測定方法規范》，采用環境艙法，對11輛整車分別進行常溫狀態和高溫狀態下的VOCs樣品的采集和測試。依據HJ/T400-2007要求，環境溫度保持25±1℃不變[7]；依據ISO 12219-1：2012要求，不控制車艙溫度，但是環境艙的加熱器應以400±50 W/m2的照射強度對受檢車輛的頂棚進行4個小時的照射[8]。由此比較在相同的測試環境下，同一輛車在不同的溫度條件下，車內VOCs物質散發濃度的差異。

采用采樣袋法，對車內VOCs貢獻度普遍較大的主要零部件分別進行常溫狀態和高溫狀態下的VOCs樣品的采集和測試。常溫狀態即零部件在25℃的環境艙內放置12小時，高溫狀態即零部件在65℃的環境艙內放置2小時。由此比較在相同的測試環境下，同一零部件在不同的溫度條件下，VOCs物質散發濃度的差異，篩選高溫下的重點VOCs物質，對零部件及整車的氣味溯源和整改途徑提供參考依據。

所選的五種主要零部件是儀表板總成，頂棚總成，地毯總成，前排座椅總成和密封條總成。零部件的用材均為目前制造商普遍使用的材料，如表1所示。

表1 零部件的主要用材

2 試驗結果與討論

2.1 溫度對整車的VOCs散發濃度的影響

11輛整車在常溫和高溫狀態下的苯，甲苯，乙苯，二甲苯，苯乙烯，甲醛，乙醛共7種VOCs物質的散發濃度值列于表2中，對于每種VOCs物質，計算了其濃度的增大量和增大倍數的平均值，見圖1。增大倍數為高、常溫下的濃度差值與常溫濃度的比值。由于丙烯醛的散發濃度均接近于零，故不予計算。結果表明，7種VOCs物質在高溫狀態下的散發濃度均大于常溫，但是濃度的增加量不同。平均增大濃度最大的是二甲苯，為440.86μg/m3，其次是乙苯和甲醛，平均增大了233.75μg/m3和207.73μg/m3。說明內飾材料所含的VOCs物質具有積累性，會隨著溫度的升高而逐漸釋放。同時，7種VOCs物質的平均濃度增大倍數不同，最大的為甲醛，為7.31倍，其次是苯乙烯和乙苯，分別為2.19倍和1.84倍。可見甲醛因溫度升高而加速釋放地最為明顯。說明隨著溫度的升高，不同的VOCs物質的釋放速率增大幅度不同，即VOCs物質對溫度的敏感性存在差異，這可能與VOCs物質自身的沸點，在內飾材料中的擴散系數，解吸附速率等有關。

2.2 溫度對零部件的VOCs散發濃度的影響

五種主要零部件在高溫和常溫下的7種VOCs物質和TVOC的散發濃度列于表3，由于丙烯醛全部為未檢出(ND)狀態，故不予計算。結果表明，五種零部件的全部VOCs物質在高溫的散發濃度較常溫均有所增加。儀表板總成的苯乙烯的增大濃度最高，為589.67μg/m3，較其余6種VOCs物質對TVOC的增加量貢獻度最大；甲醛的增大倍數最大，為9.33倍，是隨著溫度升高釋放速率增大最為明顯的物質，即溫度敏感性最高。因此，苯乙烯和甲醛應列為儀表板的重點管控物質。

表2 高溫和常溫下整車VOCs物質散發濃度分析結果 單位：μg/m3

儀表板的主要用材是PP+EPDM-TD20，是一種以PP為硬段，EPDM(三元乙丙橡膠)為軟段形成的共混型熱塑性彈性體，經注塑成型。在確保材料的力學性能的前提下，應避免或減少使用VOCs散發量大的PP原材料，選用VOCs性能較好的PP與EPDM進行共混。在注塑加熱過程中，為避免一些添加劑的氧化、分解而釋放出小分子物質，應適當添加熱穩定劑或使用熱穩定性較好的添加劑。注塑前對塑料粒子進行烘烤預處理，可加快VOCs物質的散發，優化注塑產品的VOCs性能。

頂棚總成的苯乙烯的增大濃度最高，為318.12μg/m3，對TVOC的增加量貢獻度最大；同時，苯乙烯的增大倍數也最大，為11.96倍，因溫度升高釋放進程明顯加快。因此，苯乙烯是頂棚總成的重點管控物質。

表3 高溫和常溫下零部件VOCs物質散發濃度分析結果 單位：μg/m3

頂棚的主體部分是板材，以PU泡沫，玻璃纖維氈和膠片經模具熱壓成型。模具加熱溫度為110~150℃，膠黏劑在加熱固化過程中，會揮發出殘留單體或有機溶劑，應選用環保型低VOCs膠黏劑，合理控制模具溫度和保壓時間。頂棚墊塊使用的是再生PU泡沫，是將廢棄的PU泡沫粉碎后，經過加熱加壓成型或粘合加壓成型，實現PU泡沫的再利用。兩種方式均會增大VOCs物質的散發量，建議用PE泡沫取代再生PU泡沫作為墊塊。頂棚成品應選擇通風良好的位置進行儲存。

相較于常溫，地毯總成的甲苯的增加量最大，為213.55 μg/m3，說明地毯中甲苯具有顯著的積累性；甲醛的增大倍數最大，為19.53倍，受溫度影響較大。因此，甲苯和甲醛應列為地毯的重點管控物質。

地毯的面層是PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）纖維經針刺而成型，為提高地毯的阻燃性和抗靜電性，會在纖維表面噴灑或涂敷阻燃劑，抗靜電劑，如常用的多元醇類抗靜電劑，但醇類物質易被氧化成醛類。更換常規的溶劑型處理劑為水性處理劑，增加后續的烘烤工序，同時優化存放方式，注意通風，以減少VOCs物質的散發量。

前排座椅總成的甲醛的增大濃度最高，為332.89μg/m3，對TVOC的增加量貢獻度最大；同時，甲醛的增大倍數也最大，為18.07倍。因此，甲醛是前排座椅總成的重點管控物質。

前排座椅總成中體積占比最大的是PU泡沫，PU泡沫通常是醛類物質的主要來源。PU泡沫的原材料多元醇單體易被氧化生成醛類，進而經過光熱老化裂解，生成小分子醛類，如甲醛。所以甲醛在PU泡沫中具有明顯的積累性。添加過氧化氫類醛類捕捉劑，換用低VOCs低氣味的多元醇原料單體，修補泡沫時使用環保型的水性膠水，注意庫房通風，存儲過程中避免交叉污染，均是改善座椅VOCs性能的途徑。

密封條總成的苯乙烯的增大濃度最高，為2517.58μg/m3，較其余6種VOCs物質對TVOC的增加量貢獻度最大；乙醛的增大倍數最大，為6.40倍。因此，苯乙烯和乙醛應列為密封條的重點管控物質。

密封條總成的主要材質是EPDM硫化橡膠，調整配方體系，選用低VOCs的生膠、增塑劑、石蠟油等，改善硫化工藝，降低硫化溫度，加長停放時間等，以削減密封條的VOCs揮發量。

可以看出，不同零部件在高溫和常溫下的VOCs物質散發特性是有所差異的，增大濃度較大的物質主要是甲苯，苯乙烯，甲醛；增大倍數較大的物質主要是苯乙烯，甲醛，乙醛。說明甲苯，苯乙烯，甲醛在內飾件中的積累性較強，會隨著溫度升高和時間累積而持續性地釋放，產生持久性的空氣污染，且內飾軟觸材料如泡沫，無紡布，真皮，PU合成革，PVC人造革等，表面積較大，具有易吸附的微孔結構，使VOCs物質難以散發；苯乙烯，甲醛，乙醛在內飾件中的溫度敏感性較高，釋放速率受溫度的影響較大，在夏季陽光曝曬的情況下，車內濃度可能會快速集聚。

3 結論

（1）整車和零部件在高溫狀態下VOCs物質的散發濃度較常溫均有所增加，但不同VOCs物質的散發特性不同。

（2）研發人員可通過比較零部件在高溫和常溫下VOCs物質的濃度增大量和增大倍數來篩選重點管控物質，提高整改效率。

（3）材料替換，工藝改善，存儲環境優化是VOCs性能提升的三條基本途徑。

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[8] ISO 12219-1:2012 Interior air of road vehicles-Part 1: Whole vehicle test chamber-Specification and method for the determination of vol -atile organic compounds in cabin interiors[S].

Emission Characteristics and Control Methods of Volatile Organic Compounds (VOCs)from Vehicles at High Temperature

Li Aiming, Wang Lei, Liu Xuefeng

（China Automotive Technology & Research Center Co., Ltd., Tianjin 300300 )

The emission concentration of volatile organic compounds (VOCs) from main interior parts and the whole vehicle at normal temperature and high temperature was tested and analyzed by sampling bag method and environmental chamber method. The results indicated that the emission concentrations of VOCs substances at high temperature were higher than those at normal temperature, but the influence of temperature on different VOCs substances was different. By comparing the emission concentration differences of main interior components, the source of air pollutants in the vehicle was found, and the guiding suggestions were put forward to improve the air quality in the vehicle.

Air quality in vehicle; Volatile Organic Compounds (VOCs); Normal temperature; High temperature

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1671-7988(2019)05-162-03

U467

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1671-7988(2019)05-162-03

U467

李艾明，碩士研究生，就職于中國汽車技術研究中心有限公司，研究方向為車內空氣質量的提升與管控。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.051