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[VOC检测] 低气味、低VOC汽车车身空腔阻断材料的研究

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发表于 2020-10-23 10:46:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
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【汽车材料网】低气味、低VOC汽车车身空腔阻断材料的研究
来源:期刊-《化学与黏合》;作者:吴子刚,李海菊,高之香,李建武,李 程,李士学
(三友(天津)高分子技术有限公司)
摘要:以乙烯-丙烯酸酯共聚物(EAAE)、发泡剂、交联剂等为原料制备了一种低气味、低VOC汽车车身空腔阻断材料,研究了这种材料的气味等级、VOC挥发量,并与乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)制得的空腔阻断材料进行对比。结果表明,与EVA空腔阻断材料相比,EAAE空腔阻断材料具有低气味、低VOC挥发量,同时材料的体积膨胀率达到1500%以上,满足汽车车身空腔填充材料的性能要求。


关键词:气味;VOC;汽车;空腔阻断材料
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前 言
在汽车设计制造过程中,车身侧围结构不可避免地会出现一些空腔连通车内外,如A/B/C柱、门槛、前围和侧围等,外界及内部噪声从车身前端进入侧围内部,因侧围结构为空腔结构,当汽车高速行驶时,这些空腔中还会产生高速气流,气流与空腔障碍物发生摩擦,从而在空腔壁处形成涡流,产生湍动气流噪声;湍动气流会引起空腔钣金件共振,产生共振噪声。为了解决这个问题,提高汽车的密封性和乘坐舒适性,工程设计人员通常使用空腔阻断材料,使<typo]在汽车设计制造过程中,车身侧围结构不可避免地会出现一些空腔连通车内外,如A/B/C柱、门槛、前围和侧围等,外界及内部噪声从车身前端进入侧围内部,因侧围结构为空腔结构,当汽车高速行驶时,这些空腔中还会产生高速气流,气流与空腔障碍物发生摩擦,从而在空腔壁处形成涡流,产生湍动气流噪声;湍动气流会引起空腔钣金件共振,产生共振噪声。为了解决这个问题,提高汽车的密封性和乘坐舒适性,工程设计人员通常使用空腔阻断材料,使<typo]空腔阻断材料在进入油漆烘烤线之前即将其安装到车身钣金内,高温烘烤后膨胀并填充钣金空隙。因此要求材料的体积膨胀率大(≥800%),吸水性低(≤5%),这样才能保证材料用量少,密封效率高,不会导致钣金锈蚀。目前空腔阻断材料主要由EPDM或EVA等树脂作为主体材料,添加发泡剂、交联剂、硫化剂等组成,这些高分子材料不可避免地存在VOC挥发量高、气味大等问题。环保部早在2011年颁布了《乘用车内空气质量评价指南》标准,规定了车内空气质量中的苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛的8种控制物浓度要求。《乘用车内空气质量评价指南》强制标准规定,从2017年1月1日起,所有新定型的销售车辆必须符合标准的要求,而对于此前已经定型的车辆,则自2018年7月1日开始严格执行。各大主机厂为了最终满足整车标准要求,也制定了自己企业的材料及零部件的气味、VOC标准。为此,本文研发了一种低气味、低VOC的空腔阻断材料,采用EAAE作为主体树脂,添加环保发泡剂、交联剂等制成空腔阻断材料,并与EVA制成的空腔阻断材料相比较,分别测试了气味等级、VOC挥发量和其他一些性能指标。

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实验部分
1.1 原料
乙烯-丙烯酸酯共聚物,EAAE]乙烯-丙烯酸酯共聚物,EAAE]二辊开炼机,SK-160B,上海橡胶机械厂;密度天平(MP5002J),上海舜宇恒平科学仪器有限公司;采样袋法环境箱(V-0V-1000),东莞市升微机电设备科技有限公司;高效液相色谱仪(LC-5510),北京东西分析仪器有限公司;气相色谱-质谱联用仪(GC-MS-3100),北京东西分析仪器有限公司;热解析仪(JX-5),北京中惠普分析技术研究所。

1.3 试样制备
调整二辊开炼机的温度为100℃,加入100份(质量份,下同)EAAE]调整二辊开炼机的温度为100℃,加入100份(质量份,下同)EAAE]汽车行业中对气味的定义是材料或零部件在规定温度和气候条件下存放时释放出具有明显可觉察到的挥发性组分,主要是指车内非金属零部件在使用过程中产生的一些难闻但不一定对人体产生有毒有害作用的气体(主要的污染物有氨化物、氯化物、醚化物、硫化物和丙酮等)。人们长时间处于难闻、密闭的车厢内,容易引起感官上的不舒适感(如头晕目眩、恶心和呼吸困难等)[2]。
对车内材料、零部件进行气味评价是目前主机厂对气味进行管控的简单而有效的方法之一,根据评价结果进行相应的质量管控。VDA270规定将气味强度分为6个等级,见表1。将样品放置在密闭的容器中,在一定温湿度条件下老化后,由经过培训合格的气味评价人员对容器中样品散发出来的气味进行等级评定。

<span]对车内材料、零部件进行气味评价是目前主机厂对气味进行管控的简单而有效的方法之一,根据评价结果进行相应的质量管控。VDA270规定将气味强度分为6个等级,见表1。将样品放置在密闭的容器中,在一定温湿度条件下老化后,由经过培训合格的气味评价人员对容器中样品散发出来的气味进行等级评定。

<span]表1 气味强度评分级别
Table 1 The grading of odor intensity


表2是2种不同空腔阻断材料在不同存放条件下的气味强度。空腔阻断材料最常用的是EVA,但是由于EVA受热分解成醋酸,酸的结构不稳定,加热易分解,释放酸味,因此气味较大。本文选用的EAAE作为主体树脂,为乙烯-丙烯酸酯共聚物,分子结构稳定,热稳定性好,在不同存放条件下的气味强度相比EVA也较小。气味等级在不同存放条件下均≤3.0,满足主机厂对材料的气味要求。

表2]表2是2种不同空腔阻断材料在不同存放条件下的气味强度。空腔阻断材料最常用的是EVA,但是由于EVA受热分解成醋酸,酸的结构不稳定,加热易分解,释放酸味,因此气味较大。本文选用的EAAE作为主体树脂,为乙烯-丙烯酸酯共聚物,分子结构稳定,热稳定性好,在不同存放条件下的气味强度相比EVA也较小。气味等级在不同存放条件下均≤3.0,满足主机厂对材料的气味要求。
表2]采用涂附2,4-二硝基苯肼固体吸附剂的采样管,采集车内一定体积的空气样品,吸附空气中的醛和酮类化合物,在酸性介质中醛和酮类化合物与2,4-二硝基苯肼反应,形成稳定的腙衍生物,该反应具有高度特异性,用乙腈淋洗后,淋洗液用高效液相色谱分析[3]。分别对EVA空腔阻断材料和EAAE空腔阻断材料进行了醛酮挥发量的测定,见表3。结果表明,EAAE空腔阻断材料的甲醛、乙醛、丙烯醛挥发量极低。尤其是乙醛挥发量,是EVA空腔阻断材料的1/25。
表3 空腔阻断材料的醛酮挥发量
Table 3 The volatilization of aldehydes and ketones in cavity blocking materials



通过检测发现EVA空腔阻断材料的乙醛挥发量偏高,这是因为EVA树脂在含有光和热的联合作用下会发生Norrish]通过检测发现EVA空腔阻断材料的乙醛挥发量偏高,这是因为EVA树脂在含有光和热的联合作用下会发生Norrish]将待测的样品放入10L采样袋中,该采样袋本身不含有VOC,然后将密封的采样袋放入环境箱中在65℃下加热2h,用Tenax吸附管和采样泵进行采样,用Tenax采样管对袋子内的VOC进行吸附,利用热解析仪进行解析,GC-MS进行定量,该方法可以测定较低浓度的VOC,并且可以实现自动化。

表4 空腔阻断材料的苯系物及TVOC挥发量
Table 4 The benzene series and TVOC volatilization in cavity blocking materials



对EVA空腔阻断材料和EAAE空腔隔断材料分别进行了苯系物及TVOC的测定,见表4。结果表明,EAAE空腔阻断材料与EVA相比,都不含有苯、苯乙烯等物质,此外甲苯、乙苯、二甲苯及TVOC的挥发量也较EVA低。

<span]对EVA空腔阻断材料和EAAE空腔隔断材料分别进行了苯系物及TVOC的测定,见表4。结果表明,EAAE空腔阻断材料与EVA相比,都不含有苯、苯乙烯等物质,此外甲苯、乙苯、二甲苯及TVOC的挥发量也较EVA低。

<span]表5是2种空腔阻断材料主要的性能测试结果,其中体积膨胀率通过排水法测定,EAAE空腔阻断材料的体积膨胀率达到1548%,吸水性3.34%,其他性能指标也满足空腔阻断材料的性能指标要求。可以通过注塑或挤出成型的方式制成零部件,安装在汽车侧围空腔内部,应用部位包括:A柱、B柱、C柱、前后门槛、后轮罩、后围板等空腔。
表5 空腔阻断材料的性能测试结果
Table 5 The performance test results of cavity blocking materials



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结语        
通过气味、VOC及其他性能测试表明,与EVA空腔阻断材料相比,EAAE空腔阻断材料是一种新型环保功能材料,它具有更低的气味、更低VOC挥发量,尤其是乙醛挥发量,只有EVA空腔阻断材料的1/25,可以在源头上降低车内环境污染的发生。同时,EAAE空腔阻断材料的其他性能优异,体积膨胀率达到1500%以上,可以满足汽车车身空腔阻断材料的性能要求。



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发表于 2020-10-27 19:59:50 | 显示全部楼层
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