車內高溫下甲醛及氣味散發研究

許明春 李永 胡雋雋 姚其海

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心）

車內異味一直是中國市場抱怨的主要問題，從顧客抱怨的場景分析可得知大約有一半以上的車內異味抱怨發生在高溫、曝曬、長時間的高溫密閉的條件下。由此系統地研究高溫下車內的甲醛及氣味性問題能夠解決大多數車內異味客戶抱怨問題。同時，從行業內發展趨勢來看，汽車行業普遍開始重視高溫下的有機揮發物和氣味問題。伴隨消費者日益關注高溫下車內健康危害風險，文獻[1]將高溫甲醛散發和氣味列為重要評價內容之一。基于此，只有通過對高溫條件下甲醛和氣味性散發特性和影響因素的研究，才能為車內高溫甲醛和氣味提供控制方向。

1 背景分析

根據J.D.Power 2018—2020年研究報告（新車質量研究IQS）顯示，中國車主對汽車內部難聞氣味的抱怨已經連續2年登頂抱怨次數排行榜的榜首。J.D.Power對消費者車內氣味抱怨原因進行整理歸納，其中“暴曬之后”和“長時間停放”的占比較高。

曝曬之后（車內溫度高）的車內氣味抱怨占據了最主要的發生時間，這也印證了高溫條件下甲醛散發和氣味問題是顧客主要抱怨來源，因此非常有必要開展高溫下甲醛散發和氣味問題特性研究和管控措施制定。

根據海南試驗場某款車型暴曬后各部位的溫度采集，當日環境溫度最高38.3℃，車內空氣68.1℃，儀表板、座椅、頂棚等零部件均處于高溫環境，最高達87℃，如圖1所示。高溫下氣味散發加速，異味更易產生，所以必須系統的分析研究高溫下的甲醛和氣味散發來源，才能徹底解決車內異味問題。

圖1 海南試驗場某款車型暴曬后各部位溫度分布圖

2 車內散發物質特性分析

2.1 溫度對甲醛釋放的影響

甲醛沸點-19.5℃，易揮發，對人眼、鼻有刺激性作用，車內空調系統、儀表板系統中齒輪、連桿等POM（聚甲醛）材料，座椅、地毯、頂棚等發泡件是其主要來源。

1）對不同溫度下車內甲醛釋放的檢測結果分析，高溫下甲醛質量濃度可達常溫下的10倍以上。高溫下甲醛散發與溫度并非呈線性，如圖2所示。

圖2 溫度對甲醛釋放的影響圖

有研究表明，VOC單體的擴散系數與溫度的1.75次方成正比，溫度是影響VOC散發的最主要因素[2]。內飾件中甲醛釋放因素除了高溫下共聚單體熱解化學鍵裂解之外，還有溫度升高帶來的殘留單體、助劑等加速揮發導致。甲醛散發量隨溫度的升高釋放量逐漸增加。在初始階段甲醛的釋放速率非常快，在8 h內即可釋放總量的80%以上，該階段對外界溫度變化最敏感，是甲醛擴散的最主要階段，隨著時間的延長擴散速率逐漸減慢并逐步趨于平緩，在一定的空間內達到動態平衡。

2）對65℃加熱2 h（高溫條件）及25℃常溫下放置16 h的車內零部件進行VOC檢測，數據對比并做統計分析，甲醛是受溫度影響較大的物質，高溫條件下應重點關注和管控。

圖3示出不同溫度下（65℃對比25℃），車內有機揮發物散發量的結果。

圖3 不同溫度下車內有機揮發物散發量對比圖

從圖3可以得到以下結論：

1）溫度升高，分子活化能增大，VOC散發量增加；

2）溫度對不同VOC物質散發的影響大小依次為：TVOC>甲醛>苯乙烯>甲苯>乙苯>乙醛>二甲苯；

3）高溫下的甲醛是重點關注和管控物質。

2.2 溫度對車內氣味影響

高溫下，除“五苯三醛”，車內新增檢出多種有機化合物，包括直鏈烷烴、支鏈烷烴、苯的同系物、環烷烴、酯類及醛類等，部分物質存在刺激性氣味，影響高溫條件整車氣味性，如表1所示。

對車內重點22種零部件在高溫下和常溫下的氣味性進行對比，結果如圖4所示。

圖4 重點零部件高溫下和常溫下的的氣味性測試結果

65℃條件下各零部件的氣味等級明顯低于25℃，且相差在0.5～1.5級之間。頂棚隔音墊、備胎蓋板、阻尼墊、門板及風道等內飾件的氣味等級相差較高；密封條、立柱、前圍隔音墊及空調等內飾件的氣味等級相差較低。同時在相同檢測條件下，內飾件TVOC濃度與氣味等級有一定的正相關關系：TVOC濃度越高，氣味等級越小，即內飾件的氣味性越差。

3 高溫下甲醛、氣味性來源分析及管控方向

地毯、氈制品：車內使用的地毯、內飾毛氈和頂棚氈的VOC揮發量較高，氣味性強。這主要是與其制造過程中使用的粘結材料酚醛樹脂直接相關，酚醛樹脂膠黏劑采用的合成原料為甲醛，若反應不完全，膠黏劑中會含有游離甲醛[3-4]。控制措施：選用環保型的膠黏劑，選用不含或者少含酚醛樹脂的地毯毛氈是重要的途徑。

皮革制品：甲醛可產生于皮革制造的各個階段，主要產生于鞣制和復鞣過程中。控制措施：增加前道工序中的水洗次數和用水量，延長水洗時間；選用低VOC的復鞣劑，同時復鞣劑配方中使用無甲醛的化料；增加烘道長度，延長皮革掛涼時間；涂布材料中增加醛類捕捉劑[5]，減少醛類物質及祛除醛類物質帶來的氣味；生產車間保證通風性，利于加工過程中氣味排除；在操作工藝后期，避免引入2次污染源。

織物、襯背：為了使汽車內紡織品能夠達到防皺、防縮、阻燃的效果，或者是保持印花、染色的耐久性以及改善手感，都需要在紡織品生產助劑中加入甲醛。控制措施：篩選出適當的化工材料和原料配方。了解供應商提供的化工材料性能，在采購原料時要求供貨方出具產品中甲醛含量合格的證明；生產過程中使用在實踐中證明有效的甲醛消除劑；在加工過程中，應使用綠色環保的甲醛替代產品。

膠黏劑：汽車內飾會使用多種溶劑型膠黏劑，會釋放出各種有毒有害的揮發性有機物和氣味性分子物質。控制措施：開發使用水性膠黏劑，不含有機溶劑；采用熱熔型膠黏劑，不含有機溶劑；在使用膠黏劑后采取后處理措施，如烘烤通風，盡量使揮發性物質散發完全；尋找其它綠色環保溶劑替代有機溶劑，減少膠黏劑的揮發。

聚氨酯發泡材料：座墊、頭枕、隔音墊、儀表板、遮陽板、門板及頂棚等內飾件中都有應用。控制措施：采用水性聚氨酯，減少聚氨酯固化過程中有機物揮發；改變合成工藝，增加后處理環節，減少有機物散發；改用綠色環保的脫模劑、清洗劑、催化劑等避免有機溶劑的殘留和散發。

4 結論

從研究的高溫下甲醛和氣味性的散發特性來看，高溫階段甲醛受溫度影響最為明顯，可以達到常溫階段的10倍以上散發濃度，氣味在高溫下會有0.5～1.5級的變差趨勢；可以從車型VOC全譜分析結果，取合集確定車內空氣質量所有可能出現的散發物質。根據各項物質的化學特性，識別異味產生的物質。通過沸點確認加速揮發的溫度條件，鎖定高溫下氣味改進的目標化合物，與零部件級揮發物質進行匹配，通過材料源頭、工藝改進、后處理加速散發降低高溫下甲醛及氣味。