針刺復(fù)合地毯總成甲醛散發(fā)性能改善的研究

李月柳，陳沛沛

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

前言

在當(dāng)前國家治理空氣質(zhì)量的大背景下，車內(nèi)空氣質(zhì)量也越來越受到人們的關(guān)注。即使在高端進(jìn)口車型都不可避免的存在或多或少的車內(nèi)空氣污染問題。[1]隨著《中國生態(tài)汽車評(píng)價(jià)規(guī)程 C-ECAP》及國六排放的頒布，車內(nèi)空氣污染改善治理已成為國內(nèi)各大OEM面臨的重要問題之一。常見的車內(nèi)空氣質(zhì)量污染有VOC（包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛等）、細(xì)菌、PM2.5等。而非金屬內(nèi)飾零部件及內(nèi)飾材料如發(fā)泡、皮革、毛氈、橡膠、塑料、膠黏劑等，是引起車內(nèi)環(huán)境污染的主要來源。其中汽車地毯作為車內(nèi)大面積應(yīng)用的部件，其甲醛散發(fā)量直接關(guān)乎車內(nèi)空氣質(zhì)量的優(yōu)劣。

1 車用地毯概述

地毯是汽車內(nèi)飾的重要組成部分，主要用來覆蓋地板、側(cè)面門檻和前圍下部鈑金，不僅具有美學(xué)和感官上的裝飾性，還將發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、車輪與地面摩擦產(chǎn)生的噪聲隔絕或減弱，起到隔音降噪的作用。汽車地毯總成一般由三部分構(gòu)成。

（1）腳踏墊：材料一般為PVC或TPO，主要設(shè)置在駕駛員側(cè)，此處使用頻率最高，增加一層腳墊可提高耐磨性能。

（2）毯坯材料：分為針刺地毯、簇絨地毯與PVC地毯。最常用的是針刺地毯，根據(jù)不同車型可細(xì)分為針刺背膠地毯和針刺復(fù)合地毯；豪華車上一版使用簇絨地毯；PVC地毯一般用于低檔車與出租車。

（3）背部材料：根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，會(huì)加以PU發(fā)泡或是一層廢紡氈、毛氈等材料進(jìn)行填充，起到隔吸音作用，改善NVH性能。

隨著生活水平的逐步提高，人們對(duì)汽車地毯的關(guān)注重點(diǎn)逐漸由外觀向舒適度和環(huán)保性方向轉(zhuǎn)變。[2]本文以毯坯材料為針刺復(fù)合地毯，背部材料為PU發(fā)泡的地毯總成為例，開展了針刺復(fù)合地毯總成甲醛散發(fā)性能的研究。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)方法

使用2000L的Tedlar采樣袋在60℃的條件下恒溫2h后，采集針刺復(fù)合地毯總成及組成材料的 VOC散發(fā)量，并使用GC/MS（氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀）分析苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯的散發(fā)量，使用 HPLC（高效液相色譜儀）分析甲醛、乙醛、丙烯醛的散發(fā)量，以 μg為單位進(jìn)行散發(fā)量的對(duì)比。

2.2 針刺復(fù)合地毯總成及組成材料的檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)檢測(cè)，針刺復(fù)合地毯總成的甲醛散發(fā)量超出限值要求，總成、針刺復(fù)合地毯及PU發(fā)泡的檢測(cè)結(jié)果與甲醛限值要求的對(duì)比如圖1所示。PU發(fā)泡的甲醛散發(fā)量超出標(biāo)準(zhǔn)要求是造成地毯總成甲醛含量超標(biāo)的首要原因。

圖1 甲醛散發(fā)量對(duì)比

3 PU發(fā)泡甲醛散發(fā)量優(yōu)化改進(jìn)

PU發(fā)泡即聚氨酯發(fā)泡，系將一定比例的多元醇（-OH，多為聚醚多元醇）和異氰酸酯（-NCO，常用 MDI、TDI）進(jìn)行混合，配合催化劑、發(fā)泡劑、擴(kuò)鏈劑、穩(wěn)定劑等注入特定模具型腔內(nèi)，在一定溫度壓力條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。地毯PU發(fā)泡常采用開模澆注、閉模發(fā)泡的方式，首先將脫模劑涂覆于模具表面，待模腔內(nèi)形成薄薄一層隔離膜后再注入物料。

3.1 PU發(fā)泡甲醛散發(fā)量影響因素分析

3.1.1 原料影響

（1）聚醚多元醇是在分子主鏈結(jié)構(gòu)上含有醚鍵（-O-）、端基帶有羥基（-OH）的醇類聚合物或低聚物。[3]以含活性氫的化合物為起始劑，在一定工藝條件下，由環(huán)氧丙烷（PO）、環(huán)氧乙烷（EO）開環(huán)聚合而成。聚醚多元醇中的醚鍵氧化后易生成醛酮類物質(zhì)。同時(shí)，聚醚多元醇的合成原料中也會(huì)不可避免以雜質(zhì)形式帶入醛類物質(zhì)。

通過在原料中加入消醛劑，能夠有效降低地毯PU發(fā)泡的甲醛散發(fā)量，較改善前降低了27.2%。

圖2 改善原料前后的甲醛散發(fā)量對(duì)比

（2）原料配比：地毯PU發(fā)泡的多元醇用量高于異氰酸酯，當(dāng)適當(dāng)降低異氰酸酯的配比時(shí)，泡孔更加致密，抑制了甲醛散發(fā)。

表1 配比變化對(duì)甲醛散發(fā)量的影響數(shù)據(jù)

（3）模內(nèi)熟化保壓時(shí)間：模內(nèi)熟化時(shí)間越長，發(fā)泡內(nèi)部反應(yīng)越充分，揮發(fā)性物質(zhì)含量越少，但當(dāng)熟化時(shí)間過長時(shí)，伴隨反應(yīng)放熱發(fā)生的副反應(yīng)也會(huì)變得不穩(wěn)定，同時(shí)會(huì)降低線體生產(chǎn)速率。

表2 模內(nèi)熟化時(shí)間變化對(duì)甲醛散發(fā)量的影響數(shù)據(jù)

3.2 PU甲醛散發(fā)量綜合提升優(yōu)化

綜合采用甲醛消除劑、降低異氰酸酯配比、增加熟化時(shí)間生產(chǎn)PU發(fā)泡及針刺復(fù)合地毯總成，甲醛散發(fā)量如圖3所示。三管齊下可顯著改善甲醛的散發(fā)量，PU發(fā)泡及地毯總成的甲醛散發(fā)量分別較原始檢測(cè)值降低了 62.5%與 61.6%，其中地毯總成的甲醛散發(fā)量僅為限值要求的56.5%。

圖3 綜合改善前后甲醛散發(fā)量的對(duì)比

4 結(jié)論

影響針刺復(fù)合地毯總成甲醛散發(fā)量的主要材料為PU發(fā)泡，其中原材料與原料配比及模內(nèi)熟化保壓時(shí)間是影響 PU發(fā)泡甲醛散發(fā)量的主要因素，綜合采用甲醛消除劑、降低異氰酸酯配比、增加熟化時(shí)間，可明顯降低地毯總成的甲醛散發(fā)量，僅為限值要求的56.5%。

[1] 趙南,田鈞.車用空氣凈化系統(tǒng)解析[J].汽車實(shí)用技術(shù),2016(12): 118.

[2] 任桂賢,姜前道,王雪,姜世鵬. 背部聚氨酯發(fā)泡汽車內(nèi)飾地毯總成工藝[A].中國聚氨酯工業(yè)協(xié)會(huì)第十六次年會(huì)論文集[C],2012: 281.

[3] 徐培林,張淑琴.聚氨酯材料手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011: 61.