汽车材料与工艺社区论坛

 找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

扫描二维码登录本站

智数汽车大数据麦克恒通汽车轻量化在线
查看: 33|回复: 0
收起左侧

[气味性检测] 前壁板隔音件气味提升研究

[复制链接]
发表于 6 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式

亲,赶快注册吧,有更多精彩内容分享!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?立即注册

x
前壁板隔音件气味提升研究

张云娟 李铭仪 吴悠 吴先毅

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广州 511434)


摘要:通过热脱附-气相色谱-气味嗅辩仪/质谱联用法(TD-GC-O/MS)分析前壁板隔音件总成及其材料,分析聚氨酯发泡层(PU)、乙烯-醋酸共聚物与聚对苯二甲酸乙二醇酯复合层(EVA+PET)的气味物质种类和含量。通过气味评价确定总成和各材料层的气味类型和气味强度,分析气味物质的种类和含量与气味类型和强度之间的对应关系,确定导致总成气味的主要物质。据此通过改变材料层原料的配方和工艺、催化剂、EVA用量来提升前壁板隔音件的气味。

关键词:前壁板隔音件 气味类型 气味强度

1 前言

随着汽车在日常生活中的普及,车内空气质量受到越来越多消费者的关注。近几年车内异味成为了消费者抱怨的重点,也成为了汽车行业的痛点。特别是车内异味导致健康问题的报道,将人们对车内空气质量的认识提升到了一个新高度,让消费者更深切地感受到车内空气质量与健康的密切关系[1-2]。为营造一个安全、无毒的车内环境,气味管控工作在汽车内饰材料的选定过程中越来越重要[3-5]。

目前主要的管控手段是通过气味评价员对内饰材料进行气味评价[6],根据主观评价结果判断可能产生气味的物质和相关的生产工艺,然后进行整改。整改的方式一般为增加烘烤、晾晒或者通风时间。这些评价方法一方面具有一定的主观性,可能导致错误的管控位点;另一方面整改方法比较被动,目标不够明确,不能有效去除气味性物质。最近几年发展起来的车内气味物质的TDGC-O/MS 定性测试是汽车行业和相关检测机构对于车内气味的溯源、改善和分析的新兴手段[7]。通过对TD-GC-O/MS 检测到的气味物质进行全谱分析,可以确定气味物质的类型和含量,进而准确、高效地改进相关生产工艺,做到从根源上消除气味物质。

在前壁板隔音件选材过程中,将主观的气味评价和TD-GC-O/MS 的定性测量结合,判定前壁板隔音件总成及其包含的PU 和EVA+PET 材料层的不同气味类型对应的气味物质的种类及含量。根据上述定性气味分析结果,可以高效、准确地指导生产工艺的改进。

2 实验试剂与仪器

本研究用的前壁板隔音件包括依次紧贴在一起的热塑性棉层与柔性开孔状聚醚型聚氨酯发泡棉层。

高纯氮气(99.999%)、高纯氦气(99.999%),广州市骏旗气体有限公司;甲醇,色谱纯,美国Tedia公司;VOC 混合标液,1 000 mg/L,美国o2si 公司。

ST-1602 型氮气质量流量计,广州盛康仪器有限公司;GM-1.0 型隔膜真空泵,天津市津腾实验设备有限公司;CET-Y 40E2 型空气循环干燥箱,上海福轩环保科技有限公司;Gilibrator-2 型电子皂膜流量计、GilAirPlus 型恒流采样泵,美国Gilian 公司;ODP3 型嗅觉检测器,德国Gerstel 公司;MKIUNITYM 型热脱附仪,英国Markes 公司;Agilent 1230 型高效液相色谱仪、7890B/5977A 型气相色谱质谱联用仪,美国Agilent 公司;BTH-10 型活化仪,北京踏实科贸有限责任公司;Tenax-TA 管,英国Markes 公司;Tedlar 气体采样袋,宁波环测实验器材有限公司。

3 实验步骤3.1 试验方法和参数

3.1.1 TD-GC-O/MS 测试

b.气味评价,将试样放入用于气味评价的1 L广口玻璃容器中,盖好瓶盖。要求每种试样需准备3 个平行样。将玻璃容器密闭,置于具有空气循环功能的(80±2)℃的烘箱中恒温2 h,然后取出冷却至(60±5)℃,进行气味评价,评价时气味评价员稍微移开盖子,鼻子离瓶口2~3 cm,正常呼吸,然后对气味进行评估。每个试样瓶最多供2 位气味评价员评价,两次评价应间隔1~2 min.每种试样需要至少5 位气味评价员进行评价。如某气味评价员评价结果与其他任一位评价员的评价结果差距在1.5 个等级及以上,则此次评价无效,需重新取样并组织另外一组气味评价员进行评价。

b.将试样袋放入已预热的烘箱中,80 ℃加热2 h。

c.用Tenax-TA 采样管采集试样袋中气体。

d.将Tenax-TA置于TD-GC-O/MS上进行测试。

e.根据d 中测试结果进行分析,改善样件。然后将改善后的前壁板隔音件总成及拆分后的PU层和EVA+PET 层重复进行上述a~d 操作。

2.1.2 气味评价

a.将改善前的前壁板隔音件总成及拆分后的PU 层和 EVA+PET 层放入已老化的 10 L 袋子中,用高纯氮气充洗3 次后,充入5 L 高纯氮气。

a.样品制备,将前壁板隔音件总成和PU发泡层裁成(50±5)cm3;将EVA+PET层裁成(200±20)cm2大小的样品。


3.2 测试条件

采用热脱附-气相色谱-气味嗅辩仪-质谱检测器联用装置对已采集样品的Tenax-TA管进行处理、分析。热脱附主要参数设定为样品管脱附温度300 ℃,冷阱富集温度-10 ℃,冷阱脱附温度300 ℃,冷阱脱附流量80 mL/min。气相色谱主要参数设定为色谱柱Ultra-2尺寸为50 m×0.32 mm×0.52 μm,柱温箱升温程序为50 ℃保持3 min,以10 ℃/min 升温至90 ℃并保持5 min,以10 ℃/min 升温至280 ℃并保持3 min。质谱主要参数设定为离子源温度230 ℃,质谱质量数范围为45~420 Amu。气味评价员在气味嗅辩仪端口评价气味,记录该气味的气味类型、强度等级及保留时间。

4 结果与讨论4.1 改善前样品气味评价及前壁板隔音件气味分析

气味评价由5 位评价员进行,气味评价结果取所有评价员结果的算术平均值,算术平均值结果应四舍五入保留一位小数。气味强度等级分共为6级,其对应标准为1 级无气味;2 级有气味,不明显,但无干扰性气味;3 级有明显气味,但无干扰性气味;4 级有干扰性气味;5 级有强烈干扰性气味;6 级有不可忍受的气味。气味评价结果如表1所示。

表1 改善前样件气味评价结果



由表1 可知,改善前前壁板隔音件的气味强度为3.8 级,超过了汽车内饰材料的限制级;主要气味类型为皮革味、泡棉味、臭味、溶剂味。TD-GCO/MS 测试得出的主要散发气体结果如图1 和表2所示,其主要气味物质(气味强度≥3.0 级)为甲苯、二甲苯、三乙烯二胺和2-(2-二甲氨基乙基)异硫脲。根据气味评价得出的气味类型可以推测,甲苯和二甲苯是导致前壁板隔音件总成中溶剂味的主要物质,含量较高的且有氨臭味三乙烯二胺和2-(2-二甲氨基乙基)异硫脲与溶剂味的混合是皮革味、泡棉味、臭味的主要来源。


图1 改善前前壁板隔音件总成散发气体总离子色谱


表2 改善前前壁板隔音件总成主要散发气体分析结果




4.2 PU层主要散发气体分析及改善措施

根据上述研究确定了样件总成中产生气味的主要物质,接下来对组成前壁板隔音件总成的材料层进行拆分。然后对拆分出来的材料层分别进行气味评价和TD-GC-O/MS 测试,据此确定上述主要气味物质在不同材料层中的分布情况。前壁板隔音件总成主要由3 部分组成,分别为PU 层、EVA 层和PET 层。对PET 层单独进行气味评价,发现其气味类型为单一的毛毡味,该气味类型在总成样件中没有体现,说明PET 层不是气味控制的重点。基于上述PET 的气味评价结果和实际材料气味整改的经验,将前壁板隔音件总成拆分为PU 层和 EVA+PET 层。

改善前PU 层的气味评价结果如表1 所示,其气味强度为3.4 级,主要气味类型为发泡臭味、皮革味、粉尘味、氨臭味。结合前壁板隔音件总成的气味评价结果可推测,总成件中的臭味源自PU 层中的氨臭味。图 2 和表 3 为 PU 层的 GC-O-MS 分析结果,其含量最高的且具有氨臭味的2 个物质是三乙烯二胺和2-(2-二甲氨基乙基)异硫脲,和前壁板总成中的气味物质是相同的。



图2 改善前PU层散发气体总离子色谱图



为提升总成样件的气味品质,需对这2 个氨臭味明显的物质进行重点管控。其他导致酒味、溶剂味、果香味和柑橘香味的物质可通过改变原料配方和材料加工温度等进行改善。

根据上述分析,对发泡层的合成工艺进行了改善。

a.重点改善催化剂的类型,将不参加PU 合成反应的胺类催化剂改为能参加反应的带-OH 的胺类催化剂,这样可以将胺类物质通过化学键固定在PU 层中,从而减少其挥发,进而减少或者去除PU 层挥发出的三乙烯二胺和2-(2-二甲氨基乙基)异硫脲;

表3 改善前PU层主要散发气体分析结果



b.改善了聚醚和聚多元醇的配方,使用纯度更高的聚醚和聚多元醇原料,减少易挥发的小分子杂质在原料中的含量,从而减少在最终合成的PU层中气味物质的含量;

c.将发泡的模温由60 ℃降低为55 ℃,减少PU在发泡过程中自身的分解,从而减少气味物质的产生。

经过上述3 项工艺改进合成的PU 层的气味评价结果如表4 所示,TD-GC-O/MS 测试结果如图3和表5 所示。


表4 改善后样件气味强度和气味类型




图3 改善后PU层散发气体总离子色谱图


其气味强度为2.3 级,主要气味类型为木材味、花香味、灰尘味。气味强度有非常明显的降低,气味类型得到了较大的改善。基本除去了产生氨臭味的2-(2-二甲氨基乙基)异硫脲。三乙烯二胺的含量也有明显的降低,对应的气味强度有4.0 降低到了 3.5 级。

表5 改善后PU层主要散发气体分析结果




4.3 EVA+PET层主要散发气体分析及改善措施

同样对EVA+PET 层进行气味评价和TD-GCO/MS 分析,气味评价结果见表1,其气味强度为3.7级,气味类型为溶剂味、垃圾味、毛皮味、焦味、煤油味、胶臭味、酸味;TD-GC-O/MS 测试结果如图 4 和表6所示。结合总成件的气味评价结果可知总成件的溶剂味源自EVA+PET层的溶剂味。EVA+PET层中溶剂味主要来源于甲苯、二甲苯和2,5,6-三甲基-辛烷。溶剂味与杏仁味(苯甲醛)、樟脑味(1,4-二氯-苯)、酒味(1-丁醇)、乙醚味(正丁基醚)、果香味(2-丙烯酸丁酯)、汽油味(2-甲基庚烷)混合产生了难闻的垃圾味、毛皮味、焦味、煤油味、胶臭味、酸味。


图4 改善前EVA+PET层散发气体总离子色谱图


表6 改善前EVA+PET层主要散发气体分析结果



根据上述分析,EVA+PET 层的重点提升点是去除溶剂味。因此,首先在生产过程中增加了真空装置和烘烤处理工艺,促进加工过程中引入的溶剂的挥发;第二,减少部分EVA 的用量,原来的100% EVA 改为50% EVA+50%丙烯基弹性体(PBE)。EVA 主要是乙烯、醋酸乙烯共聚物。含“-COOH”,且乙烯容易被氧化成醇类、醛类、醚类、酸类和酯类,会产生酒味、乙醚味等难闻的味道。而新添加的PBE 是丙烯无硅共聚物,是饱和物,不易被氧化分解,能够有效减少难闻气味的含量;第三,将增塑剂邻苯二甲酸二辛酯(DOP)更改为难挥发的白油(增塑剂),从而降低增溶剂中易挥发性物质的含量。

改善后的EVA+PET层的气味强度(3.4)有明显的降低,气味类型虽仍有烧焦味、橡胶味、醋酸味等不愉悦的气味,但刺激程度比改善前有明显的降低(表4)。改善后的TD-GC-O/MS如图5和表7所示,原来导致溶剂味的3类物质甲苯、二甲苯和2,5,6-三甲基-辛烷的含量明显降低,有效地去除了前壁板隔音件总成中的溶剂味。另外,原来含量较高且有明显干扰性气味的2-甲基庚烷、辛烷、乙酸丁酯、1,4-二氯-苯和1-丁醇的含量也有明显的降低。


图5 改善后EVA+PET层散发气体总离子色谱图



4.4 改善后前壁板隔音件气味分析

将改善后的PU 层和EVA+PET 层进行复合,得到改善后的前壁板隔音件总成。气味评价结果如表4 所示,气味强度有明显的降低,由原来的3.8 级降低至3.4 级。气味类型也得到了明显的改善,对应气味类型为糖果香、甜味、香精味、椰汁味、奶香味、溶剂味。TD-GC-O/MS 分析结果如图6 和表8所示,改善前的干扰性物质二甲苯、三乙烯二胺和2-(2-二甲氨基乙基)异硫脲已经基本被去除。甲苯含量也有所降低,这说明通过主观气味评价与TD-GC-O/MS 相结合的手段能够准确地指导生产工艺的改进,生产出低气味的前壁板隔音件材料。

表7 改善后EVA+PET层主要散发气体分析结果




图6 改善后前壁板隔音件总成散发气体总离子色谱图


表8 改善后前壁板隔音件总成主要散发气体分析结果





5 结束语

在气味员主观评价的基础上进一步引入了能够进行定性的TD-GC-O/MS,可以准确检测出气味物质的种类和对应的气味强度。从而实现高效、准确地改进前壁板隔音件材料层的催化剂类型、生产工艺和原料配方,降低材料的气味强度和改善气味类型。该方法能够推广应用到其他汽车内饰材料工艺的改进中,能从根本上解决气味问题,营造安全、无污染的车内环境。





您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

VIP会员服务

QQ|关于我们|联系方式|小黑屋|手机版|汽车材料网社区BBS ( 皖ICP备10204426号-3 )|网站地图

GMT+8, 2020-8-6 18:23 , Processed in 0.045985 second(s), 28 queries , Gzip On.

Powered by Discuz! X3.4 Licensed

Copyright © 2001-2020, Tencent Cloud.

快速回复 返回顶部 返回列表