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[气味性检测] 车内挥发性有机物的产生及控制技术

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发表于 2015-4-18 18:07:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
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车内挥发性有机物的产生及控制技术

车内挥发性有机物的产生及控制技术

        随着汽车保有量的增加,车内空气质量问题已经越来越受到汽车企业和汽车消费者的关注和重视。本文对整车和汽车内饰零部件及材料的VOC含量进行了较为详细的分析和比较,指出了需要重点监控的汽车内饰零部件及材料,简要地给出了降低和消除车内VOC含量的技术措施和方法。
        来自汽车内饰零部件及材料的挥发性有机化合物是影响车内空气质量的主要原因。大多数内饰零部件中都含有一定量的挥发性有机化合物,如烷烃、烯烃、芳香烃和醛酮类物质,其沸点通常在50~260℃的范围之内。当车内温度较高时,这些挥发性物质就会释放出来,有些会形成油雾并凝结在前挡风玻璃上,影响驾驶人的视线;有些则产生令人不舒服的气味,甚至引起头疼、干咳和过敏等不适反应,对乘员的身体造成伤害。
        经过反复的验证和讨论,国家环保部与国家质检总局于2011年10月27日联合发布了GB/T 27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》标准,该标准对常见的车内挥发性有机物浓度规定了限值,并于2012年3月1日起正式实施。该标准的实施使得汽车生产企业开始高度重视汽车内饰零部件的选材和生产工艺过程,从源头上控制车内空气质量,以确保满足国家标准的要求,维护消费者的健康权益。
        车内挥发性有机物的检测分析
        1.整车车内VOC含量的检测和分析
        GB/T 27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》标准规定了苯、甲苯、二甲苯、乙苯、甲醛、乙醛和丙烯醛等8种挥发性有机物的限值要求,考虑到总的挥发性有机物(即TVOC)含量对车内的气味性主观评价影响较大,且GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》对TVOC含量也有要求,因此按照HJ/T 400《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》的检测方法,分别对7个不同车型的8种挥发性有机物和TVOC进行检测,具体检测结果见表1。
       

车内挥发性有机物的产生及控制技术

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        对表1的测试结果进行分析和比较,可以发现:车型A的甲苯含量超标,并且TVOC含量较高;车型E的甲醛含量略有超标;其他车型的苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛和丙烯醛的含量均符合国家标准的要求;7台整车的乙醛含量均超出国家标准的规定值。
       

车内挥发性有机物的产生及控制技术

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        2. 内饰零部件及材料VOC含量的检测
        针对表1中7台整车车内的VOC含量的测试结果,选取车型A作为代表车型,对该车型的内饰零部件及材料进行了VOC含量检测。其中,苯类物质和TVOC的含量按照热解析法,采用GCMS进行检测和分析,醛酮类物质按照甲醛挥发法,采用气相色谱仪进行检测和分析,具体检测结果见表2和表3。
       

车内挥发性有机物的产生及控制技术

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        3.内饰零部件及材料VOC含量检测结果分析
        针对车型A的内饰零部件及材料的VOC检测结果,分析不同内饰零部件和不同类别的材料所散发的挥发性有机物的种类和含量大小,并结合整车车内VOC含量的测试结果,分析整车车内空气中VOC的主要来源,寻找需要重点监控和改善的内饰零部件和材料,以确保整车车内VOC含量满足GB/T 27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》的要求。
        (1)苯。从表2和表3的检测结果可以看出,车型A的所有内饰零部件及材料的苯含量均未检出(即小于设备的检出限0.1μg/g)。
        (2) 甲苯。车型A的内饰零部件和材料的甲苯挥发量检测结果对比如图1所示。可以看出,按照不同材料类别进行比较,PVC人造革材料挥发的甲苯含量最多,其次是油漆涂层和EPS泡沫材料;按照不同内饰零部件的重量进行比较,车内空气中甲苯含量贡献最大的零件是车门内护板,其次是座椅总成。
       

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        (3)二甲苯。车型A的内饰零部件和材料的二甲苯挥发量检测结果对比如图2所示。可以看出,按照不同材料类别进行比较,油漆涂层的二甲苯含量最高,其次是EPS泡沫材料;按照不同内饰零部件的重量进行比较,车内空气中二甲苯含量贡献最大的零件是表面喷涂的仪表板上盖板零件,其次是立柱护板和踏脚垫。
        (4)乙苯。车型A的内饰零部件和材料的乙苯挥发量结果对比如图3所示。可以看出,按照不同材料类别进行比较,EPS泡沫材料的乙苯含量最高,其次是油漆涂层;按照不同内饰零部件的重量进行比较,车内空气中乙苯含量贡献最大的零件是表面喷涂的仪表板上盖板零件,其次是踏脚垫和立柱护板。
        (5)苯乙烯。车型A的内饰零部件和材料的苯乙烯挥发量结果对比如图4所示。可以看出,按照不同材料类别进行比较,EPS泡沫材料的苯乙烯含量最高,其次是ABS材料;按照不同内饰零部件的重量进行比较,车内空气中苯乙烯含量贡献最大的零件是踏脚垫,其他零件的苯乙烯挥发量可以忽略不计。
        (6)甲醛。车型A的内饰材料和零部件的甲醛挥发量检测结果对比如图5和图6所示。从图5可以看出,按照不同材料类别进行比较,PU泡沫材料的甲醛含量最高,其次是织物和真皮材料;从图6可以看出,按照不同内饰零部件的重量进行比较,车内空气中甲醛含量贡献最大的零件是座椅总成(主要是泡沫和真皮面料),其次是顶盖内饰板总成、乘客舱前围挡板隔音垫总成和后隔板护板总成等零件,纯注塑零件几乎不散发甲醛;
        (7)乙醛。车型A的内饰零部件和材料的乙醛挥发量检测结果对比如图7所示。可以看出,按照不同材料类别进行比较,真皮材料的乙醛含量最高,其次是PU泡沫和纺织复合材料;按照不同内饰零部件的重量进行比较,车内空气中乙醛含量贡献最大的零件是座椅总成(主要是泡沫和真皮面料),其次是顶盖内饰板总成、左右行李箱护板、前地板地毯、行李箱地毯和乘客舱前围挡板隔音垫总成,纯注塑零件几乎不散发乙醛。
        (8)丙烯醛。从表2和表3的检测结果可以看出,车型A的所有内饰零部件及材料的丙烯醛含量均未检出(即小于设备的检出限0.1μg/g)。
       

车内挥发性有机物的产生及控制技术

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        (9)TVOC。比较表2和表3中车型A的所有内饰材料的TVOC检测结果,可以发现泡沫类材料的TVOC含量最高,例如PU泡沫和EPS泡沫,其次是油漆涂层、PVC人造革和真皮材料。根据检测结果,将不同材料的TVOC含量按照零部件总成进行分类统计(例如座椅总成的TVOC含量是真皮面料、人造革面料和座椅泡沫材料的TVOC含量之和),得出TVOC含量排名前10的零部件。其中,真皮座椅总成(27.1%)的TVOC挥发量最高,其次是仪表板总成(25.4%)、车门内护板总成(16.4%)、立柱护板(12.7%)、副仪表板总成(6.6%)以及顶盖内饰板总成(6.4%)。
        降低和消除车内VOC含量的措施和方法
        对照GB/T 27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》标准,比较不同车型的整车车内VOC检测结果,可以发现整车车内的苯含量和丙烯醛含量很小,完全可以满足该标准的要求;乙苯、二甲苯和苯乙烯的检测结果有一定分散性,需要相对关注;个别整车的甲苯和甲醛含量不满足该标准的要求,所有检测车辆的乙醛含量均不满足该标准的要求。因此,需要从源头上重点关注、分析和控制内饰零部件和材料的甲苯、甲醛和乙醛的含量和来源。
       

车内挥发性有机物的产生及控制技术

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        1. 甲苯含量的控制方法
        车内空气中甲苯有害物质的产生主要来源于PVC人造革,其次是油漆涂层和发泡聚苯乙烯材料。
        (1)人造革的甲苯含量控制。基于不同的原材料来源和材料配方,PVC人造革的甲苯含量有明显的区别。在表2中,车门内护板用PVC人造革表皮和座椅蒙皮用PVC人造革表皮来自于不同的材料供应商,两者的甲苯含量相差很大,正因为车门内护板用PVC表皮的甲苯含量严重超标,从而导致了车型A的整车车内甲苯含量和TVOC含量超标,因此整车内饰应尽量少用PVC人造革,或者采购技术水平相对较高的材料供应商的PVC材料。
        (2)油漆涂层的甲苯含量控制。车内装饰零部件,如仪表板总成和车门内护板总成上的装饰条、中央面板框等应尽量少用油漆涂层,表面装饰可以采用高光泽和消光配方的免喷涂塑料材料,如免喷涂的ABS、PC/ABS、PA/ABS、PA/ASA和PC/ASA等材料。同时,采用这类材料生产的装饰件比喷涂零件更有成本优势,另外也可以采用模内镶嵌注塑工艺(即IMD工艺)替代油漆喷涂来达到减少和消除甲苯挥发物的目的。
        (3)发泡聚苯乙烯材料的甲苯含量控制。地板地毯下的踏脚垫等零件,可以采用EPP材料替代EPS材料,以达到减少和消除甲苯挥发物的目的。
        2.甲醛含量的控制方法
        车内空气中甲醛有害物质的产生主要来源于PU泡沫、织物面料和真皮材料,而且这类材料组成的零件的体积和表面积均较大,如座椅总成、顶盖内饰板和地毯等,因此需要对这些零件的选材和VOC含量进行重点监控和管理。目前国内外汽车企业对汽车内饰零部件和材料的甲醛含量通常要求为≤10mg/kg,更严格的要求为≤2mg/kg。通过严格选择材料供应商,要求零部件供应商采用技术实力强的材料供应商的材料,在材料的甲醛含量≤2mg/kg的前提下,整车车内的甲醛挥发量能够完全满足GB/T 27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》标准的要求。
        3.乙醛含量的控制方法
        车内空气中乙醛有害物质的产生主要来源于真皮、PU泡沫材料和织物面料,国家标准对车内空气中乙醛含量要求为≤0.05mg/m3,比甲醛含量(甲醛含量要求≤0.10mg/m3)的要求严格一倍。实际上,GB/T 27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》标准对整车的乙醛含量要求是较为苛刻的。但是,从发展的眼光来看,应该精选真皮和纺织面料加工过程所使用的助剂,改善PU泡沫材料的配方和工艺,从根本上降低乙醛含量,使之满足该标准的要求。
        4.二甲苯和乙苯含量的控制方法
        车内空气中二甲苯和乙苯有害物质的产生主要来源于装饰件的表面涂层材料和胶粘剂。对于塑料、人造革、织物和真皮这类材料,通过调整材料配方,完全可以消除二甲苯和乙苯挥发物。对于装饰件,可以采用高光泽和消光配方的免喷涂塑料材料,它们将更具有成本优势,另外也可以采用模内镶嵌注塑工艺(即IMD工艺)替代油漆喷涂达到改善和消除甲苯挥发物的目的。对于胶粘剂的使用,建议车内复合零件尽量采用机械固定方式,或者采用二次注塑、双色注塑工艺以及镶嵌注塑工艺来实现不同材料之间的连接,在必须采用胶粘剂的情况下,应选用水基型胶粘剂或热熔胶,以达到改善和消除二甲苯和乙苯挥发物的目的。
        5. 苯乙烯含量的控制方法
        车内空气中苯乙烯有害物质的产生仅来源于苯乙烯类塑料材料和苯乙烯泡沫材料,如ABS类装饰零件和前地板地毯下的EPS踏脚垫。汽车内饰零部件中采用ABS材料生产的零件数量很少,并且单个零件的重量和展开面积也较小,因此这类零部件挥发的苯乙烯含量通常较小,不会造成车内空气质量的污染。车门内护板内的缓冲块以及地板地毯下的踏脚垫可以采用EPP材料替代EPS材料,以达到改善和消除苯乙烯挥发物的目的。
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