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本帖最后由 hery 于 2020-2-14 08:55 编辑

商用车车内空气质量典型问题溯源浅析

邵方方,王琼,张阳,刘茜,杨汐,代玉堂,郭吟竹
(上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心,上海 200438)
【中国汽车材料网】摘 要:随着法律法规的健全与消费者消费意识的逐渐成熟,以车内空气质量为代表的影响消费者健康的问题,越来越为人们重视。文章结合商用车典型车型论述了车内空气质量典型问题溯源方法及整改思路。
关键词:车内空气质量;气味;VOC;溯源

1 前言

车内空气质量(Vehicle Indoor Air Quality, VIAQ)由车内气味和车内VOC两部分组成[1]。

1.1 车内气味

车内气味指驾乘人员对车内空气的主观感受,不同的人对相同的气味有不同的感知度,因此气味具有主观不确定性,极易引起售后的抱怨。目前国家尚没有对车内气味的法规要求,主要由各汽车主机厂通过制定企业内部标准自行控制。

图1 紧凑型车、小型车、中型车新车主要质量问题
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近年来车内气味问题受到社会各界的广泛关注,《2014年中国整车质量报告》中显示,车辆内部异常气味已成为紧凑型、小型和中型新车售后抱怨最多的质量问题之一,具体如图1所示。2015年JD-POWER公司调研新增了一项“车内有令人不愉快的气味”,图1和表1的数据显示,车内气味问题已非常严峻。

表1 2015年JD-POWER典型车型车内气味问题调研数据
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车内气味的主要影响因素包括:1)汽车内饰非金属零件、胶黏剂、油漆散发的带有气味的化合物。2)消费者在车内装饰的地垫、座椅套、香水等散发的带有气味的化合物。3)发动机在行驶的过程中排放的氮氧化物。4)空调送风带来的尘土、细菌、霉菌。5)当地气候。6)驾乘人员自身身体状态等。

值得注意的是,有气味的物质不一定有毒,有毒的物质不一定有气味。气味具有性质,可能是令人愉悦的,也可能是令人厌恶的,令人厌恶的气味性质往往成为消费者投诉车内空气质量的关键因素。


1.2 车内VOC

VOC(Volatile Organic Compounds,挥发性有机化合物),国际上对于VOC没有统一的定义,目前最常见的是WHO(World Health Organization:世界卫生组织)规定的分类方法,熔点低于室温而沸点在50-260℃之间的挥发性有机化合物的总称。

目前对车内VOC有要求的国家包括中国、美国、德国、日本、韩国、澳大利亚和俄罗斯,其中以美国为最严。本文主要论述商用车在满足国内法规方面的改进,对于国外车内VOC的法规不再一一解读。

国标中的车内VOC指汽车在静止或使用的条件下,按照规定的方法,通过仪器设备等测试出的苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛等物质,达到一定浓度后,这些物质带有致癌性、致畸性、毒性,直接影响驾乘人员的身体健康。

1.2.1国内车内空气质量标准要求

目前商用车要满足的国内VIAQ标准有4个。9座及以下的M1类车需满足GB/T 27630 《乘用车内空气质量评价指南》的要求,该标准或将于2017年成为强制性国家标准。2013年强制实施的HJ2532《环境标志产品技术要求轻型客车》首次引用GB/T 27630,凡是申报环境标志认证,要进入政府采购清单的M1、M2、N类轻型客车必须强制满足GB/T 27630的要求。长途客车车内空气质量需满足GB/T 17729《长途客车内空气质量要求》的要求。而针对专用校车,自2012年5月实施的GB 24407《专用校车安全技术条件》更是率先将GB/T 17729作为强制性考核要求。不同国标对于VOC的具体要求和测试方法比对见表2。

表2 国内车内空气质量标准管控物质和测试方法比对
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1.2.2商用车车内VOC的污染源

车内VOC的影响因素众多,其中最主要的源头是汽车内饰非金属材料和辅料。表3为某车型车内不同非金属材料对车内VOC的贡献比例。从表3可知,该车型的车内VOC主要来源于塑料件、发泡、胶黏剂、皮革、木板、再生棉等,材料类型不同,散发出的VOC物质比例不同。

表3 某车型车内非金属材料对VOC的贡献率(μg/m3)
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1.3 气味/VOC溯源能力

从1.1和1.2可知,气味和VOC问题影响因素较多,不同车型VIAQ问题根本原因可能不同,若不清楚根本原因,盲目的对VIAQ进行整改,会造成资源和时间的浪费。

所谓气味和VOC溯源,是指通过主观气味排查、全谱扫描和多种醛酮类物质分析等方法,按照整车-总成-材料-配方逐级排查的方式确认问题根源。因溯源性工作最终是追溯到引起整车或零件超标的材料或配方,可以避免在整车或总成件超标的情况下盲目整改,提高整改效率、缩短整改周期、降低整改成本。形成气味和VOC溯源能力,并提供问题解决方案是VIAQ管控的关键工作。

2 典型车型气味/VOC溯源浅析
2.1 车型A车内气味问题溯源分析
表4 车型A按照GB/T 27630测试的结果(单位:mg/m3)
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图2 车型A按照GB/T 27630的测试结果


车型A在开发过程中,选取空气质量最差车型进行整车空气质量测试,整车VOC满足GB/T 27630要求,测试结果见表4和图2。从表4和图2可以看出,该车型VOC水平比国家标准低很多,但该车型整车气味差,按照企业标准评估整车气味,车辆密闭16h,其中含50℃暴晒4h,气味达4.5级(标准≤3.5级),车内有强烈的辛辣味和鱼腥味,对采集的整车样品进行溯源分析,全谱扫描TIC图和高效液相色谱(HPLC)图见图3(a)和(b),通过半定量和定量分析,整车中出现的浓度较高的带有刺激性气味的物质见表5。

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图3 车型A全谱扫描谱图和HPLC图
表5 车型A全谱扫描散发较高的带有刺激性气味的物质浓度
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从表5可以看出,该车内散发量较高的有气味的物质中,仅甲苯为国标管控的物质,其他几种均为非国标管控物质,但这些物质均有特殊的气味性质。

气味评价团队对总装线上地毯、座椅、顶棚、侧围、风道等高危零件进行常温气味评估,不满足要求的零件气味评价结果见表6。

表6 不满足要求的零件气味评价结果
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分别对三种零件进行袋子法试验,通过全谱扫描和醛酮含量测试,3种零件国标管控的8项物质及浓度较高的带有气味的物质散发情况见表7。

从表7的数据可以看出,后顶棚中的甲苯和二甲苯浓度较高,可能和湿法顶棚在滚胶时使用的胶水有关,此问题还需进一步研究。除甲苯和二甲苯外,后顶棚中出现了浓度较高的BDMA,BDMA常作为聚氨酯发泡的催化剂使用,这种物质可能是引起顶棚鱼腥味明显的原因之一。值得注意的是,这种物质在整车中并没有出现,可能是由于车辆下线时间较长,BDMA随时间衰减,浓度没有达到仪器的检出限。后顶棚中还出现的有明显气味的物质有AIBN,此种物质在整车中也被检测出,AIBN主要作为聚氨酯发泡的引发剂使用。

座椅发泡中的甲醛释放较多,且座椅发泡中也检测出AIBN,甲醛释放较多最大的可能为PU发泡的原料不纯,原料中存在甲醛分子,AIBN通常也是作为座椅发泡材料的引发剂使用。从表9座椅的主观气味评价结果推断,座椅发泡中也残留胺类发泡剂,但这种物质并未被检出,可能是物质浓度过低,浓度达到了物质的嗅阈,却没有达到仪器的检出限有关。

表7 3种零件的物质散发情况(ug/m3)
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座椅面套中的甲苯、DMF、丙酮、丁酮释放量均非常高,浓度分别达到18101ug/m3、39691ug/m3、14613ug/m3和8756ug/m3,其中甲苯、丙酮、丁酮与PVC溶剂型表面处理剂有关,DMF可能是作为PVC合成过程中的溶剂使用。

目前对于该车型顶棚和座椅发泡气味的整改工作主要从仓储物流方面优化,主要为改装顶棚和座椅发泡的料架,通过增大零件的通风面积,降低零件的气味,具体如图4所示。

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图4 某自主品牌汽车重要零件的工艺和仓储物流改进

该车型整车座椅多,面料面积大,面料上带气味物质散发浓度高,因此烘料工艺对于整车的气味提升效果不明显,采用烘料(18yad/min,120℃)的方式进行气味优化效果不明显,整车仅能优化0.5级左右。目前对于座椅面料的整改工作主要是推动环保PVC的使用,环保PVC和溶剂型PVC的高危物质散发性和干态气味强度对比见表11,从表11可以看出,相同面积的PVC,环保PVC甲苯的散发仅为27ug/m3,为溶剂型PVC甲苯散发的1.4‰;环保PVC没有DMF散发;环保PVC的丙酮和丁酮散发分别为29ug/m3和18ug/m3,同溶剂型PVC的丙酮散发14163ug/m3和丁酮散发8756ug/m3相比,均降低约99.8%。且环保PVC的气味比溶剂型PVC的气味低2级左右。目前该环保PVC已在新项目上全面使用。

表8 环保PVC和溶剂型PVC高危物质和干态气味强度对比(ug/m3)
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2.2 车型B车内VOC溯源分析与解决方案

车型B在量产过程中,选取空气质量最差车型按照GB/T 27630进行测试,甲苯(标准要求1.1mg/m3,实测结果4.878 mg/m3)和甲醛(标准要求0.05 mg/m3实测结果mg/m3)超标,具体测试结果见表9和图5。

表9 车型B按照GB/T 27630测试的结果(单位:mg/m3)
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图5 车型B按照GB/T 27630测试的结果

选取该车型高危总成,按照企业标准进行零件袋子法试验,以重量百分数进行换算,整车各零件对甲苯和甲醛的贡献分布见图6。

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图6 车型B高危零件甲苯甲醛散发分布图

从图6可以看出,引起整车的甲苯和甲醛超标的高危零件为地毯总成。该车型上的承载式地毯是由PVC黑膜、PVC革、101胶水和E2密度板四层组成,继续对地毯的四层材料进行袋子法测试,取10cm*20cm材料进行10L袋子法测试,测试结果见表10。

表10 地板各层材料甲苯和甲醛的释放情况(μg/m3)
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从表10可知,引起地毯甲苯和甲醛超标的零件分别为胶水和密度板。

为降低整车甲苯和甲醛含量,分别研究某牌号低散发地毯胶水VOC释放情况,E0、E1、E2级密度板醛酮释放情况,具体散发量见表11。

表11 (1)101胶水、某牌号低甲苯散发胶水VOC 释放情况比对(μg/m3)
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从表11(1)可以看出,某牌号低散发胶水VOC释放比101胶水VOC释放低很多。从TVOC值可以初步判断,某牌号低VOC释放胶水为非苯系物为溶剂的胶水,101胶水为苯系物为溶剂的胶水。

表11 (2) E0、E1、E2级密度板醛酮释放情况比对(μg/g)
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从表11(2)可以看出,不同级别的密度板甲醛散发量不同,按照企业标准规定的方法进行测试,某品牌E0级密度板的甲醛释放仅为E2级密度板甲醛释放的1/3左右。

将地毯胶换成某牌号低散发胶水,并将E2级密度板换成E0级密度板,制作样件并装车验证,车型B整车测试结果见表12和图6。从表12和图6可以看出,更换地毯胶和密度板后,整车VOC可以满足GB/T 27630的要求。

表12 更换胶水和密度板后某车型按照GB/T27630测试的结果
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图6 车型B更改地毯材料后按照GB/T 27630的测试结果

3 结论

车内空气质量是一个系统性工作,影响因素众多,本文从内饰零件和材料对整车气味和VOC的贡献进行介绍,对典型车型的气味和VOC溯源进行了浅析,结合整车和零件全谱分析数据,锁定根本原因,有针对性的对影响整车气味和VOC的零件进行整改,可大大的提高整改周期和效率。



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