基于一立方艙法對輪胎蒸發碳氫排放試驗研究

王 崇，張仲榮，張云霞，武金娜

（中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司，天津 300300）

環保部于 2016 年 12 月 23 日發布了GB18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》 法規（簡稱國Ⅵ法規），要求自 2020 年 7 月 1 日起，所有銷售，注冊車輛應滿足國Ⅵ要求。與國Ⅴ蒸發排放限值相比，即便不考慮加嚴的測試循環和條件，國六蒸發排放限值為 0.7g/test，比原國Ⅴ 限值的2g/test，加嚴了65%，測試時間為國Ⅴ時的2倍。燃油系統的排放水平需要控制在國Ⅴ時的 25%以下，對蒸發排放控制、水平提出了更高的要求。如何控制整車的排放研究成了重要的研究課題，而作為汽車的一項重要的非金屬部件——橡膠輪胎對碳氫排放具有一定的貢獻，本文對輪胎的碳氫排放的分析方法進行模擬實驗研究。

1 實驗方法

1.1 實驗依據

本實驗依據樣品處理方法依據參照GB18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》附錄F（規范性附錄）蒸發污染物排放實驗（Ⅳ型實驗）、ISO12219-4：2013《道路車輛內空氣.第4 部分：來自車輛內裝品和材料的揮發性有機化合物釋放的測定方法.小室法》。碳氫化合物GC-MS 分析方法依據參照ISO 16000-6：2011《室內空氣 第6部分：室內揮發性有機混合物和實驗室空氣的測定 采用Tenax TA@吸附劑活性取樣法、熱解吸附作用和MS/FID 進行的氣相色譜分析法》。

1.2 實驗方法

實驗艙容積為1m3。輪胎蒸發排放的實驗處理模擬整車蒸發排放實驗的條件：除加油、放油、預處理行駛、高溫行駛等車輛具備的處理外的其他預處理實施，浸車處理（熱浸）38℃±2℃保持12～36h，至少12h，放入38℃±2℃艙內1h；接著在6～36h 的常溫浸車，然后放入艙內2晝夜（48h）排放測試，設置程序參照附錄FB 密閉室標定和晝夜換氣排放驗用密閉室晝夜環境溫度變化表設置。

在將輪胎樣品做熱浸、24h 和48h 的晝夜排放模擬測試結束后從艙體排氣口采集碳氫有機物，用 Tenax TA 管捕集苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯等揮發性有機物，按照ISO16000-6的9.2熱分析條件[2]通過熱脫附-氣質聯用儀（TDSGC-MS）進行定性和定量分析。實驗過程全程用在線 FID（火焰離子化檢測儀）記錄艙內碳氫排放的濃度變化。

2 實驗設備與材料

1立方實驗艙，weiss，型號VCE 1000 classic。氫焰離子化檢測器，Testa，型號2000MP-P2。熱脫附-氣相色譜-質譜聯用儀，MARKES-Agilent，型號Ultra-GC7890B-MS5977A。

乘用車輪胎樣品3 條，Tenax 管10 支，濃度為1 000mg/L的苯系物標準溶液1瓶。

3 實驗流程

模擬流程見圖1。

圖1 輪胎碳氫測試模擬實驗示意圖

4 結果與討論

4.1 熱浸實驗CH釋放結果

輪胎零部件在經過常溫處理后，進行模擬高溫熱浸實驗，將樣品放進實驗艙后，艙內的溫度在38℃，背景濃度低于1.96mg/m3（以丙烷當量計算），在1h 內，輪胎樣品的碳氫有機物（CH）呈現緩慢上升的趨勢，如圖2所示，從剛開始的約2mg/m3以下到1h 結束時緩慢上升至3.5～6.1mg/m3，為后續歷時24h 晝夜溫差變化的1/5～1/2。高溫的熱浸有利于非金屬零部件表面的揮發性有機物釋放，也是模擬車輛在夏季日間經歷高溫的一個過程，熱浸實驗主要是觀察高溫下的輪胎釋放有機物的水平。

圖2 輪胎在熱浸模擬條件下的CH排放

4.2 24/48h晝夜CH釋放結果

熱浸后的輪胎進行模擬了24/48h 晝夜溫差變化實驗程序，兩個階段的CH 排放水平，如圖3所示，可以看出3個輪胎樣品在經歷了第一個24h 的20-35-20℃溫度程序后，CH 的釋放水平都達到了10mg/m3以上，之后又經歷了一個24h 周期的同樣溫度變化，CH 排放大幅度增長，為25～50mg/m3，即48h 的CH 排放為24h 的2～3倍，并且整個過程CH 排放一直持續在增加。

圖3 輪胎在晝夜溫差模擬條件下的CH排放

4.3 CH釋放的主要成分定性

3個輪胎樣品在38℃的熱浸實驗下的CH 有機物的排放總離子流圖如圖4所示。

圖4 輪胎在熱浸條件下CH排放的GC-MS圖

從圖4看出三個輪胎樣品的CH 化合物排放特征明顯有區別。經解譜分析發現，釋放成分主要含有苯系物、酮類、烯烴、硅氧烷、硫化劑等橡膠助劑及溶劑的產物，其中30種主要的有機物的成分解析如表1所示，以面積百分比進行統計。具有明顯的差異成分如苯乙烯、1，3-二異丙苯、甲苯、4-甲基-2-戊酮、2-巰基苯并噻唑、十二甲基環六硅氧烷等等釋放水平較高，這部分排放較高的物質可以在備胎受高溫輻射后從車廂后部擴散進入車廂中部和前部中，容易給車廂中的人員帶來傷害；其二這些輪胎中的典型成分可以作為輪胎的特征性物質進行鑒別輪胎類型，進而尋找特殊氣體物質的來源研究。

表1 輪胎釋放的主要有機物（單位：%）

5 結束語

采用1立方實驗艙可以實現對輪胎CH 排放的模擬測試，通過采樣管采集GC-MS 分析實現CH 化合物的成分定性，為研究零部件CH 排放對整車蒸發排放的影響研究提供一種方法參考。