氯丁膠在軌道車輛用粘接組件中的VOC釋放性研究

卜繁強(qiáng) 竇磊 王慶文 朱梅奇 黃建 趙吉君 羅金 黃德明 王哲 王詠祥

摘 要：為探究氯丁膠在軌道車輛用粘接組件中VOC的釋放情況，文章利用袋子法對地板組件、防寒材組件及它們的組成材料分別進(jìn)行VOC測試。研究表明，在粘接組件制樣初期，氯丁膠對其VOC的影響明顯高于其它組成材料;而隨著放置時間的延長（至少21d），氯丁膠對地板組件中VOC的影響程度要大于相應(yīng)防寒材組件中的。

關(guān)鍵詞：氯丁膠;軌道車輛;粘接組件;VOC;袋子法

中圖分類號：TQ331 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）07-0001-04

Study on the VOC Release of Neoprene in Bonding Components for Rail Vehicle

Bu Fanqiang1， Dou Lei1， Wang Qingwen1， Zhu Meiqi1， Huang Jian1， Zhao Jijun1， Luo Jin1， Huang Deming1， Wang Zhe1， Wang Yongxiang2

（1.CRRC Changchun Railway Vehicles Co.， Ltd.， Changchun 130062， China 2.Guangzhou Guangdian Metrology & Test Co.， Ltd.， Guangzhou 510656， China）

Abstract：In order to explore the VOC release of neoprene in the bonding components for rail vehicles， this paper uses the bag method to conduct VOC tests on floor components， cold-proof components and their constituent materials. The result shows that the effect of neoprene adhesive on VOC in bonding components is significantly higher than that of other materials at the initial stage of sample preparation， and with the extension of storage time （at least 21 days）， the effect of it on VOC in floor component is greater than that of cold-proof component.

Key words：neoprene adhesive; rail vehicle; bonding component; VOC; bag method

0 前言

氯丁膠是一種具有初粘力大、粘接強(qiáng)度高的膠粘劑，也是第一種被大量生產(chǎn)的合成橡膠化合物，廣泛用于軌道車輛、建材、制鞋等行業(yè)[1-4]。

2006年，國家鐵道部頒布了TB/T 3139標(biāo)準(zhǔn)——《機(jī)車車輛內(nèi)裝材料及室內(nèi)空氣有害物質(zhì)限量》 [5]，該標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)車車輛用膠粘劑中有害物質(zhì)的限量及試驗方法做了明確規(guī)定，但針對對象是膠粘劑液體，對固化后的膠粘劑并未作相關(guān)規(guī)定。2018年，錢秀敏等人[6]對照TB/T 3139標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)氯丁膠的總揮發(fā)性有機(jī)物（TVOC）含量在液態(tài)及固化（初期、7d和21d）時均遠(yuǎn)高于其他類型的膠粘劑。隨后，張?zhí)m蘭等人[7]利用加熱失重和袋子法分別考察了各類膠粘劑在液態(tài)及固化1d時的TVOC含量，依舊發(fā)現(xiàn)其中氯丁膠含量最高，但其固化7d后TVOC含量便可明顯降低88%～98%。

鑒于氯丁膠VOC含量普遍高于其它膠粘劑，且尚無粘接組件中氯丁膠的釋放性研究。因此，本文分別對地板組件、防寒材組件以及它們的組成材料——地板、地板布、氯丁膠、防寒材分別進(jìn)行隨時間變化的VOC測試，以此探究氯丁膠在粘接組件中的VOC釋放規(guī)律，為軌道車輛粘接組件環(huán)保性能提升提供理論依據(jù)。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

甲醇（農(nóng)殘級，J.T.BAKER），乙腈（色譜純，ANPEL），甲醛-2，4-二硝基苯肼標(biāo)準(zhǔn)物（F-DN-PH，純度99.5%，Supelco），甲苯、正己烷和正十六烷純度均為99.5%。

1.2 試驗裝置

十萬分級分析天平X205BDU（瑞士METTLERTOLEDO公司），全自動標(biāo)樣制備器（萊創(chuàng)科技應(yīng)用發(fā)展有限公司），熱解析脫附系統(tǒng)（maekesTD100-Xr），氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀GC/MS（安捷倫），恒流空氣采樣泵（Gilian），氣體流量校準(zhǔn)計（mini-BUCK），步入式恒溫烘箱（昇微4.8m×3.3m×2.6m（W×D×H），裝有PTFE開關(guān)閥的1000LPVF袋，Tenax-TA管。

1.3 試樣制備

地板組件（地板+氯丁膠+地板布）、防寒材組件（鋁板+氯丁膠+防寒材）及地板、地板布、防寒材、鋁板噴氯丁膠均按照實際工藝制成1m×1m（或1m2），放置1d、7d和21d后，分別用袋子法[8]進(jìn)行測試（袋子法測試條件：1000L的PVF袋充入500L高純氮?dú)猓瑴y試溫度25℃，放置時間16h）。

2 結(jié)果與討論

2.1 制樣初期，氯丁膠對粘接組件中VOC的釋放影響

為了考察制樣初期粘接組件中氯丁膠的VOC釋放情況，我們選取三組不同的地板組件和防寒材組件及其組成材料分別進(jìn)行袋子法測試，每種部件材料的TVOC含量及主要釋放物質(zhì)情況如表1所示。

由表1測試結(jié)果可知：

（1）A組試驗中，地板組件a、地板a、地板布a以及氯丁膠a中TVOC含量分別為65.168mg/m3、1.211mg/m3、3.705mg/m3和76.782mg/m3，很明顯氯丁膠a中TVOC含量遠(yuǎn)高于地板組件a、地板a及地板布a中的，且其主要釋放物質(zhì)種類及占比也與地板組件a相一致（甲苯約70%，乙酸乙酯約10%），而地板a與地板布a中主要釋放物質(zhì)種類均與地板組件a有明顯差異，由此說明氯丁膠a對地板組件a中VOC的影響遠(yuǎn)大于地板a和地板布a。

（2）B組和C組試驗中，防寒材組件b、防寒材組件c、防寒材b、防寒材c及氯丁膠b中TVOC含量分別為77.737mg/m3、84.583mg/m3、9.995mg/m3、0.624mg/m3和107.743mg/m3，很明顯氯丁膠b中TVOC含量是最高的（遠(yuǎn)大于防寒材b和c），且其主要釋放物質(zhì)種類也與防寒材組件b和c相一致（防寒材組件b和c中主要釋放物質(zhì)均為：甲苯（約65%）和4-甲基-4-羥基-2-戊酮（13%）），由此說明氯丁膠b對防寒材組件b和c中VOC的影響遠(yuǎn)大于相應(yīng)的防寒材b和c。

（3）B組和C組試驗中，防寒材b的TVOC含量遠(yuǎn)大于防寒材c的（約16倍），但防寒材組件b的TVOC含量卻小于防寒材組件c的，這是由于防寒材組件c施用了更多的氯丁膠b。因此，在實際施膠工藝中，應(yīng)對用膠量進(jìn)行規(guī)定，保證在滿足粘接性能的條件下，使用最小施膠量，從而盡可能的減少膠粘劑對整車空氣質(zhì)量的影響。

綜上所述，制樣初期，氯丁膠對地板組件和防寒材組件中VOC的影響最大，且施膠量越大，影響越大。

2.2 隨放置時間延長，氯丁膠對粘接組件中VOC的 釋放影響

為了進(jìn)一步探究隨放置時間的延長，氯丁膠在粘接組件中的VOC釋放情況，我們選取上述A組和B組部件材料進(jìn)一步進(jìn)行放置7d和21d后試驗，其TVOC含量變化情況如表2所示。

由表2測試結(jié)果可知：

（1）氯丁膠a和b放置7d時的TVOC含量分別較制樣1d時下降了98.0%和88.0%，運(yùn)遠(yuǎn)高于相應(yīng)地板組件a和防寒材組件b中TVOC的下降量（1.4%和32.5%），這是由于粘接組件中氯丁膠表面被覆蓋，阻擋了VOC的釋放。

（2）放置21d后，地板組件a與防寒材組件b的TVOC含量仍遠(yuǎn)高于相應(yīng)地板a、地板布a及防寒材b的，因此從TVOC含量角度來說，氯丁膠對地板組件a與防寒材組件b中VOC的影響仍較大。

（3）地板組件a放置21d后TVOC含量只下降了9.3%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于防寒材組件b的TVOC下降量（59.0%），可能是由于地板布相比防寒材更加致密，氯丁膠被地板布覆蓋后，其釋放速率更慢。

此外，我們對地板組件a、防寒材組件b及其組成材料的主要釋放物質(zhì)也進(jìn)行了跟蹤測試分析，測試結(jié)果如表3所示。

再由表3測試結(jié)果可知：

（1）A組試驗放置7d和21d后，地板組件a中主要釋放物質(zhì)仍是甲苯和乙酸乙酯，與制樣1d時一致（占比也接近），同時也與氯丁膠a中主要釋放物質(zhì)種類和占比一致，而地板a與地板布a中主要釋放物質(zhì)種類也與制樣1d時一致（即與地板組件a不一致），進(jìn)一步說明地板組件a中主要釋放物質(zhì)來源一直是氯丁膠a。

（2）B組試驗放置7d和21d后，防寒材組件b中主要釋放物質(zhì)變?yōu)榱思妆健⒁宜嵋阴ズ?-甲基-4-羥基-2-戊酮，其中乙酸乙酯只來源于防寒材b，而4-甲基-4-羥基-2-戊酮則只來源于氯丁膠b，隨著放置時間的延長，乙酸乙酯在防寒材組件b中的占比逐漸增加，而4-甲基-4-羥基-2-戊酮的占比則逐漸降低，說明防寒材組件b中的氯丁膠b釋放較快，后期是氯丁膠b與防寒材b共同對防寒材組件b中的VOC產(chǎn)生影響。

綜上述所，隨著放置時間的延長（至少21d），氯丁膠a一直是地板組件a中VOC主要釋放來源，而氯丁膠b對防寒材組件b的VOC釋放貢獻(xiàn)度在逐漸降低。

3 結(jié)語

通過袋子法探究了制樣初期及一定時間（至少21d）內(nèi)，氯丁膠對地板組件和防寒材組件中VOC的釋放影響，得到如下結(jié)論。

（1）制樣初期，氯丁膠對地板組件和防寒材組件中VOC的影響最大，且施膠量越大，影響越大。

（2）粘接組件中氯丁膠表面因被覆蓋，故隨著放置時間的延長，其在粘接組件中的VOC釋放速率會明顯低于相應(yīng)鋁板噴氯丁膠中的。

（3）隨著放置時間的延長（至少21d），氯丁膠對地板組件中VOC的影響程度要高于相應(yīng)防寒材組件中的。

因此，在保證粘接性能的前提下，應(yīng)盡量避免在地板組件、防寒材組件及其它多層復(fù)合材料中使用高VOC含量的氯丁膠，且要嚴(yán)格控制施膠量，從而提升軌道車輛整車空氣質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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[8] ISO.道路車輛的內(nèi)部空氣第2部分：測定來自車輛內(nèi)部零件和材料的揮發(fā)性有機(jī)化合物排放的篩選法——袋式法：ISO 12219-2 [S]. Geneva： ISO， 2012.