高溫條件下車內空氣質量提升策略淺析

文/洪 麗 許明春 胡雋雋 姚其海（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心）

高溫環境下車內的有機揮發物會導致空氣污染和異味，影響駕乘人員的身心健康。隨著國內汽車市場的快速發展，汽車內部空氣質量日益受到關注，越來越多的顧客在購買新車時，將車內空氣質量作為重要的衡量標準之一。為保障乘用車內的空氣質量，我國制定了《乘用車內空氣質量評價指南》（GB/T 27630—2011）進行管控，各大汽車主機廠也在進行車內空氣質量提升相關技術研究。中汽中心的調查[1]顯示，大約有一半以上的車內空氣質量問題發生在高溫、曝曬、長時間密閉情況下。在高溫密閉條件下，甲醛的散發量可以飆升至常溫下的5～13 倍。高溫下汽車內空氣質量惡化，其原因一是高溫條件下分子活化能增大，生產加工過程中吸附殘存的聚合單體、助劑、溶劑等小分子物質的脫附析出導致散發量猛增；二是沸點較低的氣味性化合物（醛、酮、酯、醇、烷烴類）擴散揮發速度與溫度成正比，在高溫條件下加速釋放；三是配件材料在高溫條件下降解、反應或揮發性有機物小分子析出。采用活性炭吸附或者是上車前的開門通風雖然可以降低車內有害氣體的濃度，但是治標不治本。因此，需要有能夠切實改善車內有機物散發的技術手段來保證座艙內部空氣質量水平達到國家標準要求，保障駕乘人員的健康安全。經多次的調研和相關試驗驗證，本文提出幾種切實可行的車內空氣質量提升策略，并分析討論了不同的技術策略適用的場合及其凈化車內空氣后的實際效果。

一、使用環保材料

汽車是一個相對密閉的空間，內飾配件的有機物揮發直接影響整車的車內空氣質量。不同內飾材料的有機揮發物散發種類和含量不同，高溫條件下除常見的“五苯三醛”，車內還能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、醛類等，部分物質存在刺激性氣味，影響整車氣味。從材料本身的結構穩定性來看，某些材料在高溫條件或使用工況中容易出現斷鏈、降解等現象從而產生有機小分子化合物，應該盡量避免或者限制其使用。以備胎蓋板為例，較早的車型采用PET針刺地毯+木纖維板材料，由于木纖維板是大量木屑及纖維成分通過脲醛膠熱壓而成，隨著溫度的升高和材料的老化，不可避免地會釋放出大量的醛類和其他物質[2]，采用PP 蜂窩板來替代可以很好地規避高散發風險。表1是某款車型采用兩種不同板材的備胎蓋板揮發性有機物濃度對比測試數據。

表1 某車型備胎蓋板材料改進前后揮發性有機物對比（單位：μg/m3）

由表中數據對比可知，采用更加環保的PP 蜂窩板作為原材料制備的配件，其甲醛和乙醛散發大幅度降低，從整改前的不符合企業標準要求到整改后的滿足企標要求。因此，在滿足材料成本與結構性能要求的前提下，使用綠色環保原材料或者通過加工、合成等技術手段控制有害的有機物散發和聚集是整車空氣質量達標的重要手段。

二、配件通風擱置處理

研究表明，車內物小分子的散發是個持續的過程，且隨著溫度的升高，散發量呈指數級別升高。因此配件生產完成后不同的時間其殘留的揮發性有機物也不同。表2列舉了地毯和座椅的揮發性有機物隨配件下線時間的變化情況。從表中的結果來看，從下線1 天到下線28 天揮發性有機物散發總體呈下降趨勢，在配件下線后，確保一定的儲藏及流轉周期對揮發性有機物的散發有較顯著的作用，且無需額外成本。

表2 地毯及座椅揮發性有機物隨時間變化情況（單位：μg/m3)

從地毯和座椅的下線時間與有機物散發數據對比可以發現：下線時間超過14 天的地毯的二甲苯散發濃度下降了32%，甲醛散發濃度下降了35%，而從第14 天到第28 天有機物散發濃度的降幅明顯變低，因此下線14 天是值得推薦的合理的流轉倉儲時間；同理座椅下線14 天以后的甲醛散發濃度下降了35%，丙烯醛散發濃度下降了58%，從第14 天到第28 天有機物散發濃度降幅明顯降低很多，推薦儲藏及流轉周期為14 天。

三、配件加熱通風處理

揮發性有機物的散發與溫度有極大的相關性，特別是醛類物質。有數據表明，35 ℃時乙醛的散發速度是25 ℃時的6～12 倍，因此對配件進行適當的升溫處理且保持通風，可以促進膠水等的固化，加速揮發性有機物的散發，減少出廠時殘留[3]。“加熱通風”處理適用于揮發性有機物高危部件，如包覆件、植絨件等，表3 是某車型副儀表板的扶手箱植絨件凈化處理（500 L 袋子法，充氣量50%，加熱65 ℃2 h，通風72 h）后的對比驗證數據。由數據可知，因植絨過程中使用大量的膠水，導致扶手箱植絨件的甲苯、乙苯和二甲苯的檢測值較高。經過凈化處理后，苯系物的檢測值大幅降低（甲苯降低86%，乙苯降低89%），所以加熱通風處理是較為有效的技術手段。

表3 加熱通風對副儀表臺揮發性有機物的影響（單位：μg/m3）

四、醛類消除劑

醛類消除劑，又叫除醛劑，是一類含有氨基的且具有較高反應活性的小分子化合物，主要針對含有羰基的VOC 化合物，如甲醛、乙醛、丙酮等，對整車醛類風險具有較好的改進作用。醛類消除劑主要是通過化學反應的方法消除甲醛、乙醛等物質，主要適用于地毯、頂棚、前圍隔音墊、座椅等醛類物質散發較為嚴重的配件。表4 為除醛劑在內飾典型配件中驗證的結果。從結果來看，采用除醛劑處理過的座椅和地毯，有機物散發均有一定程度下降，醛類物質下降明顯，其中座椅甲醛散發值降低88%、乙醛降低39%，地毯甲醛降低90%、乙醛降低64%。由此可見對于整車或者配件醛類超標的整改案例中，應用除醛劑這種技術手段更為有效。

表4 除醛劑對配件揮發性有機物的影響（單位：μg/m3)

五、臭氧后處理

臭氧（O3）是氧氣的同素異形體，它是一種具有特殊氣味的淡藍色氣體。臭氧是一種強氧化劑，在常溫下具有不穩定性，40 min 內會自動還原成氧氣。臭氧對配件的凈化主要從以下兩個方面起作用。一是分解有機化合物氣體，破壞原有化合物分子結構（碳氧雙鍵基團）。其中，臭氧分解甲醛的效果特別明顯。甲醛結構式中碳氧共價雙鏈鍵的存在是甲醛具有毒性的關鍵，臭氧與甲醛發生化學反應時，臭氧的強氧化性能強制性奪取共價鍵中的電子，使其結構發生根本性變化，轉化成對人體無害的水和二氧化碳。臭氧與苯反應，產物也是水和二氧化碳。二是除味除臭作用，臭氧是利用其氧化性分解有害氣體和異味分子的，與物理吸附方式截然不同，對細菌、病毒、各類致敏物等有害物質也有殺滅的效果，同時無殘留，無毒無害。表5 是某款車型采用臭氧處理后整車空氣質量測試數據。從整車空氣質量對比情況來看，臭氧處理能夠有效降低車內苯、甲苯、甲醛的散發量，并且可以提升車輛的氣味性等級，也是一種有效的空氣質量的提升手段。

表5 臭氧處理對整車空氣質量的影響（單位：μg/m3)

六、固體堿處理

利用固體堿的強氧化性，誘發羥基自由基（·OH）的原位再生，在無加熱、無光照的情況下，使載體（多孔材料）表面的物理吸附的水緩慢地離子化水解，還會對化學吸附水（OH）進行非離子化（自由基型）水解，從而產生大量·OH 等活性自由基。該活性自由基氧化電位高，反應迅速，可以破壞微生物酶系統，氧化分解甲醛等有毒物質。當污染物經過固體堿表面時，自由基可將污染物氧化成水和二氧化碳，同時會激發微量二氧化氯，有效祛除有毒氣體。表6 是某款車型采用固體堿處理后整車空氣質量測試數據。固體堿主要利用多空吸附載體的氧化還原過程實現將揮發性有機污染物分解，同時也具有殺滅細菌和病毒的效果。從整車空氣質量對比情況來看，固體堿處理能夠有效降低車內苯、甲苯、甲醛、乙醛的散發量，并且可以提升車輛的氣味性等級，也是一種有效的空氣質量的提升手段。與臭氧處理相比較，固體堿處理的時間略長，但是凈化的效果并不遜色。

表6 固體堿處理對整車空氣質量的影響（單位：μg/m3)

七、結語

上述提及的方法是行業內常見的空氣質量提升策略，采用環保級別原材料、合理安排倉儲和流轉時間以及有效的通風加熱工序都能促進配件VOC 性能的提升，除醛劑、臭氧機和固體堿可以應用到整車，在兼顧成本和生產效率的基礎上，降低整車的VOC 散發，提升整車車內空氣質量，進而提升產品的客戶滿意度和產品競爭力。