車用線束膠帶揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)含量研究

李路

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，寧波 315000）

1 前言

隨著我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提高，汽車成為很多人生活中必不可少的交通工具。車內(nèi)空氣質(zhì)量同樣引起了社會(huì)和消費(fèi)者的廣泛關(guān)注。車內(nèi)空氣質(zhì)量主要是指車內(nèi)揮發(fā)性有害物質(zhì)的濃度高低，這些揮發(fā)性有害物質(zhì)一旦超過(guò)濃度限值，會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生有害影響，比如苯、甲醛有致癌性，乙醛有毒性。我國(guó)自2004 年開(kāi)始逐步開(kāi)展車內(nèi)空氣質(zhì)量管控工作，環(huán)保部先后發(fā)布了HJT 400—2007《車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測(cè)定方法》和GB/T 27630—2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》，規(guī)定了整車揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)檢測(cè)方法和8 種主要有害物質(zhì)（甲醛、乙醛、丙烯醛、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯）的限值要求。除此之外，在中國(guó)J.D.power 2015 年～2017 年連續(xù)3 年發(fā)布的報(bào)告中可以看到，“車內(nèi)有令人不愉快的氣味”是消費(fèi)者抱怨最多的問(wèn)題。所以，從國(guó)家管控、市場(chǎng)關(guān)注以及消費(fèi)者反饋來(lái)看，車內(nèi)空氣質(zhì)量的管控和環(huán)保性頗為重要。

揮發(fā)物濃度的貢獻(xiàn)不僅來(lái)自肉眼可看的儀表板、副儀表板、座椅、頂棚、地毯以及行李艙等零部件，還有零部件線束。汽車的各個(gè)部位都存在的線束，也是汽車傳導(dǎo)電流信號(hào)的重要組成部分，特別是新能源和混動(dòng)車型，車用線束分為高壓線束和低壓線束，與乘客艙有連接的一般是低壓線束，存在于底板、頂棚、車門內(nèi)飾板、儀表板、副儀表板、座椅等零部件內(nèi)，用量根據(jù)車輛大小，設(shè)計(jì)功能的不同而不同，單件質(zhì)量為10～20 kg。而汽車線束的材料主要是由導(dǎo)線、保護(hù)層（一般是膠帶）和結(jié)構(gòu)端子組成，這些非金屬材料都存在一定的揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)含量，而膠帶存在于線束表面，面積大且是直接接觸車內(nèi)空間的非金屬材料。所以從線束的用量之大、分布范圍之廣可以看出，線束也是車內(nèi)空氣質(zhì)量揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)的重要來(lái)源之一，而其中膠帶是本文研究的對(duì)象。

膠帶是線束的重要組成部分，其揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)的表現(xiàn)是線束對(duì)于車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)貢獻(xiàn)大小起著決定性的作用。

線束是傳輸電信號(hào)和能量的媒介，是構(gòu)建汽車電路的主體。線束由導(dǎo)線、連接器、端子、卡釘、保護(hù)覆蓋物、支架、護(hù)套、熔斷絲盒（熔斷絲和繼電器）和熱縮管等組成[1]。

膠帶的作用是對(duì)線束分支進(jìn)行約束，將分散的線束聚攏在一起，防止線束松垮。因?yàn)楝F(xiàn)在多數(shù)線束的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)潔，沒(méi)有單獨(dú)的護(hù)套或者保護(hù)結(jié)構(gòu)，所以膠帶同時(shí)也起到了保護(hù)導(dǎo)線的作用。按照基材材質(zhì)，市面上膠帶分為薄膜膠帶、織物膠帶、聚酯膠帶和紙膠帶，其中應(yīng)用最多是薄膜和織物膠帶，織物膠帶一般用在特殊要求的耐磨降噪部位，其他部位一般使用薄膜膠帶，而其中薄膜膠帶最多的是聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）膠帶。一輛汽車PVC 膠帶的使用量可達(dá)數(shù)百平方米，可見(jiàn)用量大覆蓋范圍廣，PVC 膠帶是本文討論的焦點(diǎn)。

2 研究對(duì)象和方法

2.1 研究對(duì)象

選擇汽車線束中用量廣泛和具有代表意義的薄膜膠帶進(jìn)行氣味試驗(yàn)和揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds，VOC）試驗(yàn)，對(duì)比材料來(lái)自4 家不同線束供應(yīng)商的6 種不同牌號(hào)薄膜膠帶，信息如表1 所示，樣品示例如圖1 所示，膠帶剖面結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖1 膠帶樣件

圖2 膠帶剖面

表1 膠帶信息

氣味試驗(yàn)樣品膠帶取樣量的寬度為2 cm，長(zhǎng)度為20 cm，VOC 試驗(yàn)?zāi)z帶取樣量的面積為10 cm×20 cm，取樣后樣品如圖3所示，樣品均要求下線7天以內(nèi)，取樣過(guò)程無(wú)污染且密封包裝送樣。

圖3 氣味試驗(yàn)樣品取樣

2.2 試驗(yàn)方法

車內(nèi)空氣質(zhì)量主要從氣味性等級(jí)和VOC 2 個(gè)維度來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2.1 氣味評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法

氣味性試驗(yàn)采用某企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《車內(nèi)非金屬部位及材料氣味性試驗(yàn)方法》，此試驗(yàn)方法中氣味性是指材料或者零部件在規(guī)定的溫度和氣候條件存放時(shí)釋放出具有明顯可察覺(jué)到的揮發(fā)性組分的特性。試驗(yàn)條件是采用1 L 氣味瓶，將樣品放入氣味瓶中，密閉瓶蓋在70 ℃條件下加熱24 h 后，7 名氣味評(píng)價(jià)員（經(jīng)過(guò)專業(yè)氣味評(píng)價(jià)培訓(xùn)）進(jìn)行嗅聞，評(píng)價(jià)結(jié)果為氣味等級(jí)，氣味等級(jí)范圍為1.0～10.0 級(jí)，最終結(jié)果是去掉最高和最低后的平均氣味等級(jí)。氣味試驗(yàn)評(píng)價(jià)分為干法和濕法，濕法模擬了高濕度環(huán)境氣候。氣味等級(jí)對(duì)應(yīng)描述如表2 所示。

表2 氣味等級(jí)

2.2.2 揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)含量測(cè)定試驗(yàn)方法

研究中揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)含量測(cè)定采用某企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《車內(nèi)零部件揮發(fā)性有機(jī)物測(cè)定方法》，此試驗(yàn)方法中揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)是指在通常壓力條件下，沸點(diǎn)在50～260 ℃的有機(jī)化合物；總揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)含量（Total Volatile Organic Compounds，TVOC）是指沸點(diǎn)在正己烷（C6）和正十六烷(C16)之間的揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)總和；醛酮類物質(zhì)指甲醛、乙醛、丙烯醛、丙酮、環(huán)己酮；此試驗(yàn)方法可以定量測(cè)試GB/T 27630—2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》中規(guī)定限值的8 種有害物質(zhì)，包括甲醛、乙醛、丙烯醛、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯。將試驗(yàn)樣品（圖4）封裝于Tedlar 采樣袋（選用體積為10 L）中，25 ℃環(huán)境下充入采樣袋總體積50%的高純氮?dú)猓?0 ℃加熱2 h 后，使用Tenax 管和DNPH 管采集樣件揮發(fā)出來(lái)的有機(jī)化合物，分別用熱脫附、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（Gas Chromatography-Mass Spectrometer，GC/MS）和高效液相色譜儀（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）分析會(huì)發(fā)出的苯系物、TVOC以及醛酮類物質(zhì)的含量，分析設(shè)備試驗(yàn)要求按照HJT 400—2007《車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測(cè)定方法》中規(guī)定，分析設(shè)備如圖5所示。

圖5 VOC試驗(yàn)儀器

2.3 試驗(yàn)結(jié)果和討論

2.3.1 氣味評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)6 組樣品按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行了氣味試驗(yàn)，1~6 組樣品干法氣味試驗(yàn)等級(jí)分別為5.5 級(jí)、5.0 級(jí)、5.5 級(jí)、5.9 級(jí)、5.9 級(jí)、5.5 級(jí)；濕法氣味結(jié)果分別為6.2 級(jí)、5.5 級(jí)、6.0 級(jí)、6.0 級(jí)、6.1 級(jí)、6.0 級(jí)，分別如表3、表4 所示。

表3 干法氣味試驗(yàn)結(jié)果

表4 濕法氣味試驗(yàn)結(jié)果

從氣味評(píng)價(jià)結(jié)果得出以下結(jié)論：

a.PE 基材和PVC 基材的氣味方面表現(xiàn)相當(dāng)，無(wú)明顯差距；

b. 相同種類基材和膠水的膠帶，不同供應(yīng)商之間氣味表現(xiàn)有差異；

c. 相同基材情況下，丙烯酸酯類膠水的膠帶比橡膠類膠水的氣味表現(xiàn)優(yōu)異；

2.3.2 揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)含量（VOC）試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)6 組樣品按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行了VOC 試驗(yàn)，結(jié)果數(shù)據(jù)如表5 所示，苯系類物質(zhì)和TVOC 數(shù)據(jù)在不同組別之間有較大差異。

表5 VOC測(cè)試結(jié)果 μg/樣

揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)含量表現(xiàn)以甲苯和TVOC 數(shù)值為代表來(lái)分析，如圖6、圖7 所示。

圖6 甲苯測(cè)試結(jié)果

從VOC 試驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論：

a.PE 基材和PVC 基材的揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)含量（特別是甲苯和TVOC）方面表現(xiàn)相當(dāng)，無(wú)明顯差距；

b. 相同種類基材和膠水的膠帶，不同供應(yīng)商之間揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)含量（特別是甲苯和TVOC）表現(xiàn)有差異；

c. 相同基材情況下，丙烯酸酯類膠水的膠帶比橡膠類膠水的揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)含量（特別是甲苯和TVOC）表現(xiàn)優(yōu)異。

經(jīng)調(diào)查，膠帶自帶膠水中，橡膠類膠水的溶劑一般為甲苯，而丙烯酸酯類的膠水溶劑一般為水或者無(wú)溶劑。從原材料成分和試驗(yàn)數(shù)據(jù)都可以證明，在揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)含量上，丙烯酸酯類膠水的膠帶優(yōu)于橡膠類膠水的膠帶。

另外不同類型的膠帶膠水的其他物性參數(shù)總結(jié)如表6 所示。

表6 不同膠水的膠帶物性參數(shù)對(duì)比

綜合揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)含量表現(xiàn)和其他物性的綜合表現(xiàn)和結(jié)合實(shí)際線束膠帶的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，車內(nèi)線束薄膜膠帶的膠水種類應(yīng)該選擇丙烯酸酯類型的膠水，考慮到揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量的貢獻(xiàn)和對(duì)人體健康的傷害，建議線束膠帶上不再使用橡膠類膠水。

3 結(jié)束語(yǔ)

車內(nèi)空氣質(zhì)量一直是中國(guó)市場(chǎng)抱怨的主要問(wèn)題[2]，而車內(nèi)空氣質(zhì)量主要從氣味和揮發(fā)性物質(zhì)來(lái)進(jìn)行衡量，除了座椅、儀表板、頂棚等零部件，線束也是重要揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)來(lái)源之一，而膠帶作為汽車線束零部件的重要組成部分，對(duì)于揮發(fā)性質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。本文從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢(shì)，市場(chǎng)反饋和質(zhì)量管控等角度深入分析了車內(nèi)空氣質(zhì)量的重要性，并利用某汽車企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于市場(chǎng)上主流的線束薄膜膠帶進(jìn)行了揮發(fā)性質(zhì)量的驗(yàn)證（氣味和VOC），得出結(jié)論：在開(kāi)發(fā)線束薄膜膠帶時(shí)，在膠水選擇上應(yīng)使用丙烯酸酯類膠水，不再使用橡膠類膠水，既能夠滿足基本物性要求，又能夠?qū)Νh(huán)境友好，對(duì)用車人群的健康也是一大貢獻(xiàn)。