汽車內(nèi)飾非金屬材料TVOC含量檢測結(jié)果影響因素分析

彭 錦

（上海瀚海檢測技術(shù)股份有限公司，上海 200433）

近年來，我國家庭汽車的市場需求越來越多，使很多汽車下了生產(chǎn)線就直接進入市場，導(dǎo)致各種配件和材料的有害氣體沒有釋放期；同時安裝在車內(nèi)的塑料件、地毯、車頂氈、沙發(fā)等造型設(shè)計越來越注重造型感，加上供應(yīng)商對成本的嚴格控制，內(nèi)飾件中低成本的新材料不斷被開發(fā)，新工藝也在不斷地運用中。伴隨著新材料新工藝的大量使用，車內(nèi)總揮發(fā)性有機物（TVOC）的種類也逐漸增多。大量研究表明，乘客長期處于高濃度的TVOC環(huán)境中，會對自身身體健康造成不利影響[1]。TVOC檢測過程中存在多種影響因素，為了確保 TVOC 檢測結(jié)果可靠穩(wěn)定以及結(jié)果一致，本工作從近幾年來參與的實驗室間TVOC 檢測比對和DRRR能力驗證活動出發(fā)，對影響 TVOC檢測的主要因素展開研究。內(nèi)飾非金屬材料的 TVOC 檢測主要的測試標(biāo)準(zhǔn)為德國汽車工業(yè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)VDA277 頂空-氣相色譜法。頂空-氣相色譜法在進行 TVOC 檢測時，具有檢測取樣量少、過程簡單、靈敏度高以及分析快速的優(yōu)點，是國內(nèi)主機廠檢測 TVOC 最常用的方法之一。

1 TVOC檢測的影響因素

1.1 樣品前處理過程中的影響因素

1.1.1 樣品干燥方式（真皮材料）

對天然化合物（如棉、木頭、皮革、毛）TVOC檢測之前需要進行干燥預(yù)處理。由于真皮的制造工藝過程復(fù)雜，因此不同部位的真皮均勻性也較差。真皮材料的含水率一般大于 10%，水分含量的大小直接影響FID檢測器的檢測結(jié)果，從而影響樣品TVOC含量。為了降低樣品中水分含量對結(jié)果的影響，TVOC 測試標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，天然化合物需用氯化鈣干燥 24h 后再進行測試。但標(biāo)準(zhǔn)中對干燥處理方式未做明確規(guī)定，實際操作中發(fā)現(xiàn)處理方式不同，結(jié)果不同。相同部位的真皮材料先干燥后裁剪和先裁剪后干燥兩種不同的前處理方式，結(jié)果有著明顯的差異，如表1 所示。

表1 真皮裁剪前后干燥的 TVOC 值

1.1.2 樣品裁剪尺寸大小

TVOC 測試過程中，樣品的破碎裁剪是前處理中重要的一個環(huán)節(jié)。如表2 所示，相同零件取樣，當(dāng)所裁剪的顆粒質(zhì)量范圍不同時，該零件的 TVOC 值可達到 8.143%的偏差。測試樣品裁剪的顆粒大小或質(zhì)量直接影響樣品的散發(fā)面積。當(dāng)總質(zhì)量一定時，破碎裁剪單個粒子質(zhì)量越小，即體積越小，則破碎顆粒的總個數(shù)增多，樣品表面積相對增大，散發(fā)面積增大。樣品表面揮發(fā)性有機物揮發(fā)面積增大，TVOC 值也相對增加。

表2 顆粒裁剪不同質(zhì)量的 TVOC 值

樣品TVOC 值與破碎顆粒大小不呈線性關(guān)系。胡金妮等研究發(fā)現(xiàn)，將 ABS 粒子粉碎到 30 目和 60 目，其測試的TVOC 值的大小并無名顯差異，即當(dāng)樣品破碎顆粒小到一定程度時，在相同溫度和相同加熱時間內(nèi) TVOC 含量達到平衡。

1.1.3 發(fā)泡類產(chǎn)品取樣量

發(fā)泡類測試樣品密度較低，按照標(biāo)準(zhǔn)取樣1.2g（名義體積10mL，實際體積12mL）時，樣品會接近頂空瓶口，實際測試中會對樣品進行按壓；樣品表面積減小，散發(fā)值減小。業(yè)內(nèi)常規(guī)操作方式稱樣量減半（0.6g），來減少按壓樣品帶來的表面積變化。同種樣品分別按照不同稱樣量進行測試，測試結(jié)果不同，如表3所示。按照頂空測試的要求，測試樣品在頂空瓶里應(yīng)該不超過瓶子體積2/3。

表3 不同取樣質(zhì)量泡棉的 TVOC 值

2,3最終結(jié)果已換算為1.200g；

4偏差此處是與業(yè)內(nèi)常規(guī)操作方式稱樣量結(jié)果做比較。

1.2 樣品分析過程中的影響因素

總碳散發(fā)值EG（μg/g）計算公式如下：

式中：

EG為總碳散發(fā)值，單位：μgC/g；

k（G）為丙酮曲線斜率；

2為與“g 樣品”有關(guān)，是由10mL的小瓶中裝1g樣品但裝2μL標(biāo)定溶液計算而得；

0.620 4為代表丙酮中碳的質(zhì)量分數(shù)。

由計算公式可得知，總峰面積，空白峰面積及丙酮曲線斜率對總碳散發(fā)值的結(jié)果有影響。

1.2.1 空白峰面積

按照其他散發(fā)測試空白中目標(biāo)物最低含量要求TVOC測試空白峰面積需要小于0.5mg/L丙酮峰面積。空白污染主要來源有環(huán)境、頂空瓶、進樣口、色譜柱。考慮到成本關(guān)系，實驗室實際測試中頂空瓶會被反復(fù)利用。然而TVOC 檢測的非金屬材料種類多樣，有成品塑料件、皮革織物；也有原材料油漆、膠水、粉末等揮發(fā)性有機物含量高的，如果對反復(fù)使用過的頂空瓶清洗及存放環(huán)境不加以嚴格控制，會導(dǎo)致頂空瓶受到污染。表4 為實驗室將頂空瓶放置不同環(huán)境下的空白值，其中廢液室高達 14.781μg/g。

表4 不同環(huán)境下的空白TVOC值

頂空法就是直接將固體樣品置頂空瓶中，在規(guī)定的溫度下保溫規(guī)定的時間，使殘留溶劑在兩相中達到氣固平衡，定量取氣體進樣測定在一定程度上避免樣品測試過程中直接對進樣口、色譜柱、FID 檢測器的污染。但是，長期未運行的設(shè)備或者運行膠水類樣品較多時應(yīng)對進樣口、色譜柱和檢測器進行日常的老化維護和空白監(jiān)控。當(dāng)色譜柱中有殘留峰面積小于0.5g/L丙酮標(biāo)準(zhǔn)溶液峰面積的10%時影響不大。當(dāng)殘留峰面積較大，樣品結(jié)果積分時就會把殘留峰面積一起算進樣品的總峰面積中，導(dǎo)致結(jié)果偏大。

1.2.2 總峰面積

總峰面積結(jié)果就是將規(guī)定時間內(nèi)所有出峰的峰面積加和。在實際檢測過程中積分參數(shù)設(shè)定要求最小峰面積大于0.5g/L丙酮標(biāo)準(zhǔn)溶液峰面積的10%，最小峰高度大于基線三倍值的10%。此外，由于氣相色譜儀型號的差異，對于樣品的峰面積有時需要手動積分處理，而這些處理方式極可能會對樣品檢測結(jié)果準(zhǔn)確性造成一定影響。

1.2.3 丙酮標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率k

丙酮標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率對 TVOC 的檢測結(jié)果影響較大。丙酮標(biāo)準(zhǔn)品、正丁醇試劑的純度及有效期、測試人員配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的準(zhǔn)確性以及操作手法的穩(wěn)定性都會對最終結(jié)果產(chǎn)生影響。一般情況下丙酮/正丁醇標(biāo)準(zhǔn)溶液有效期為6個月，然后每個月需要運行完整曲線。對于同一臺測試設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)溶液在有效期內(nèi)，丙酮標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率k應(yīng)該是穩(wěn)定的。表5 為本實驗室2020年7月到12月期間0.5g/L、100g/L丙酮標(biāo)準(zhǔn)溶液峰面積和曲線斜率k。當(dāng)曲線斜率k值出現(xiàn)較大波動時需要找到變化原因，如有需要重新配制標(biāo)準(zhǔn)溶液。

表5 某實驗室 7—12 月份 0.5g/L、100g/L標(biāo)液峰面積及 k 值

1.2.4 樣品的保溫時間

研究中發(fā)現(xiàn)樣品的保溫時間對TVOC結(jié)果影響顯著，同一款PVC革，在不同保溫時間內(nèi)TVOC測試結(jié)果不同，最大相差52.004%，具體見表6。隨著保溫時間的增減，PVC革中揮發(fā)性有機物散發(fā)量增加。

表6 不同保溫時間 TVOC值

2 結(jié)論

通過總結(jié)日常總揮發(fā)性有機物測試及探索實驗，得出了影響汽車內(nèi)飾非金屬材料TVOC含量檢測結(jié)果的影響因素。首先是樣品預(yù)處理裁剪階段，需要按照規(guī)定要求執(zhí)行；其次對于真皮材料在測試之前要確定好預(yù)處理方式，破碎后再干燥；最后對于發(fā)泡類材料，要依據(jù)實際樣品狀況，確認好體稱樣量后再進行測試。除此之外，還需對人員能力、設(shè)備狀態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、環(huán)境空白等因素進行日常監(jiān)督，從而確保結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定。