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[气味和VOC标准] 车门密封条VOC性能的改进

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发表于 2021-4-17 09:12:36 | 显示全部楼层 |阅读模式
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车门密封条VOC性能的改进
[size=1.8em]Improvement of VOC performance of door seal strip
薛振荣,韩红飞,王晓虎,杨静娜,王利星,李佳
(长城汽车股份有限公司,河北 保定 071000)
摘要:为解决汽车车门密封条挥发性有机化合物(VOC)中甲苯和二甲苯的散发量超标问题, 从车门密封条的合成材料分析了污染物的来源,采用HPLC与GC-MS对材料散发进行检测与分析。结果表明,车门密封条配方中的石蜡油和涂层对车门密封条甲苯和二甲苯的贡献最大。通过提高石蜡油的闪点和变更涂层中的分散系使车门密封条满足VOC性能要求,且车门密封条的成型工艺不受影响。
关键词:车门密封条; VOC;石蜡油;涂层

车内空气质量直接影响人体健康,研究表明来自内饰零件的挥发性有机化合物(VOC)是影响车内空气质量的主要原因之一。大多数内饰零件中都含有一定量的挥发性有机化合物,它们主要是烷烃、烯烃、芳烃、乙醛或酮类的物质,这些物质的沸点通常在50~260℃的范围之内。当气温达到一定高度时,这些挥发性物质就会释放出来,一方面会形成雾凝结在前挡风玻璃上,从而影响驾驶员的视线;另一方面,这些挥发性物质轻则使人头疼、恶心,重则伤害人体的肝脏、肾脏、大脑和神经系统。

目前,车门密封条材料绝大部分都是采用三元乙丙橡胶(EPDM)作为主要原料。三元乙丙橡胶由乙烯、丙烯单体加入少量非共轭二烯烃聚合而成。其结构的特点是在聚合物分子主链上无不饱和双键,而在支链上引入了不饱和双键,因而具有优良的耐天候性、耐热性、耐臭氧、耐紫外线性以及良好的加工性能和低压缩永久变形,是生产密封条的首选材料。随着材料技术的进步,车门密封条材料种类变得更为多元化,同时对整车VOC的贡献度也将加大。针对因石蜡油、涂层引起的车门密封条VOC超标问题,对材料设计中存在的VOC性能缺陷进行分析,并提出优化解决方案。

1 车门密封条VOC含量的检测

1.1 检测方法

采用袋子法,在60℃、2 h的试验条件下用500 L袋子采集全车4根车门密封条挥发性有机化合物,通过HPLC(高效液相色谱仪)及GC-MS(气相色谱-质谱联用仪)对其中的苯、甲苯、甲醛和乙醛等8项物质进行分析,最终计算出4根车门密封条VOC含量。

1.2 检测结果

车门密封条VOC测试结果如图1所示。从中可以看出,车门密封条按照原配方方案测试出的结果与该产品性能要求相比较,除甲苯和二甲苯散发含量超标以外,其他6项物质均满足性能要求。

[size=0.8em]图1 原车门密封条VOC散发与车门密封条VOC性能要求对比

2 车门密封条VOC性能改进

2.1 车门密封条VOC来源分析

车门密封条混炼配方由三元乙丙生胶、炭黑、碳酸钙、石蜡油、氧化锌、硬脂酸、聚乙二醇、硫磺、促进剂、发泡剂等构成。

车门密封条生产工艺流程如下。

三元乙丙生胶→配料→一段混炼(加入三元乙丙生胶、炭黑、碳酸钙、石蜡油、氧化锌、硬脂酸、聚乙二醇)→下片冷却→二段混炼(加发泡剂、硫化剂与促进剂)→冷却→挤出→硫化→牵引输送→表面喷涂处理。

2.1.1 三元乙丙生胶

以某车型密封条生胶用量为例对0.55 kg的生胶进行VOC性能测试,采样袋大小为500 L,结果如表1所示。从中看出,车门密封条甲苯、二甲苯散发量上限为80 ug、100 μg,而三元乙丙生胶甲苯、二甲苯散发量为9.6 ug、5.3 μg。散发数值远低于标准要求。

[size=0.8em]表1 三元乙丙生胶VOC性能测试结果 μg
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[size=0.8em]注:ND表示未测出

2.1.2 一段混炼胶

将三元乙丙生胶、炭黑、碳酸钙、石蜡油、氧化锌、硬脂酸、聚乙二醇等原材料按比例投入密炼机内进行一段混炼,当温度、时间等参数达到设定要求后自动排料,经隔离槽中的隔离液浸润后挂放在胶片冷却机上,经水冷却后对一段混炼胶进行VOC性能测试,采样袋大小为500 L,测试结果如表2所示。对比表2与表1可以看出,生胶经一段混炼后甲苯由9.6 μg变为102.3 μg,说明一段混炼过程中的添加剂对车门密封条的甲苯挥发影响较大。

[size=0.8em]表2 一段混炼胶VOC性能测试结果 μg
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2.1.3 二段混炼胶

将一段混炼胶和配比好的硫磺、促进剂、发泡剂等二段小料投入到密炼机内进行二段混炼,当温度、时间等参数达到设定要求后自动排料;排下的胶料经开炼机出片,经隔离槽中的隔离液浸润后挂放在胶片冷却机上,经水和风冷却后进行VOC性能测试,采样袋大小为500 L,测试结果如表3所示。对比表3与表2可以看出,一段混炼胶经二段混炼后对甲苯、二甲苯的散发量影响较小。

[size=0.8em]表3 二段混炼胶VOC性能测试结果 μg
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2.1.4 挤出硫化胶

二段混炼好的橡胶在停放8 h后,用挤出机挤出成型,经微波硫化箱、热空气硫化箱硫化成型。对挤出硫化后的橡胶进行VOC性能测试,采样袋大小为500 L,测试结果如表4所示。对比表4与表3可以看出,二段混炼胶经挤出硫化后对甲苯、二甲苯的散发量影响较小。

[size=0.8em]表4 挤出硫化胶VOC性能测试结果 μg
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2.1.5 表面处理

对挤出硫化后的橡胶表面喷涂涂料来提高耐磨度并降低表面光泽度,对喷涂涂层后的橡胶进行VOC性能测试,采样袋大小为500 L,测试结果如表5所示。对比表5与表4可以看出,挤出硫化密封条经喷涂后二甲苯由6.9 μg变为121.3 μg,说明涂层对车门密封条的二甲苯挥发影响较大。

[size=0.8em]表5 喷涂后密封条VOC性能测试结果 μg
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2.1.6 试验结论

对一段混炼胶配方中原材料三元乙丙生胶、炭黑、碳酸钙、石蜡油、氧化锌、硬脂酸、聚乙二醇进行分析,发现除石蜡油外,其他物质结构中均不含苯环,石蜡油属于石油馏化的产品,含有大量苯环和芳香烃类物质。

综上所述,造成车门密封条甲苯和二甲苯散发量超标的材料分别是石蜡油和涂层。

2.2 密封条甲苯、二甲苯散发性能的分析及改进

2.2.1 石蜡油甲苯散发性能的分析及改进

橡胶在制备过程中要采用大量石蜡油来使胶料混合均匀,可以使得橡胶分子间的作用力降低,从而降低橡胶的玻璃化温度,使橡胶便于压延、压出等成型操作,石蜡油中含有的硫、芳香烃和多环芳烃,属于非烃类极性化合物

改进方案为选用闪点高的石蜡油,这是因为闪点高的石蜡油,其低分子易挥发物质含量越低。芳香烃含量也越低,则相应苯类物质的挥发量越小。以全车密封条石蜡油用量1 600 g为例,分别取改善前闪点为241℃与改进后闪点位为284℃的石蜡油与轻质碳酸钙进行混合制成膏状涂抹于取10 cm×10 cm的铝箔上,放入50 L袋子进行测试,改进前、后的VOC对比数据如表6所示。从中可见,石蜡油提高闪点后石蜡油甲苯散发量降低,对提升车门密封条VOC性能有明显效果。

[size=0.8em]表6 石蜡油改进前、后的VOC散发数据 μg
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2.2.2 涂层的二甲苯散发性能的分析及改进

密封条涂料喷涂在密封条表面后,通过高温将溶剂蒸发后,在密封条表面转变成致密、紧固且完整的固体树脂薄膜。目前的密封条表面主要喷涂聚氨酯涂层涂料来提高耐磨性,涂层以二甲苯、丙酮等有机物作为分散系,会造成喷涂后密封条表面有残留,造成密封条产品的VOC挥发值超标。

改进方案为将溶剂型为水基型涂料即水性聚氨酯,以水为溶剂取代溶剂,VOC含量相对较低。分别取5 g改进前、后的涂层喷涂在10 cm×10 cm的铝箔上固化后然后放入50 L袋子中进行测试,对比数据结果如表7所示。从中可见,将分散系由溶剂型变为水基型后涂层二甲苯散发量降低,对提升车门密封条VOC性能有明显效果。

[size=0.8em]表7 涂层改进前、后的VOC散发数据 μg
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3 改进措施验证

用500 L袋子测试改进后的车门密封条VOC性能,并与技术要求对比,结果如图2所示。从图中可以看出,提高石蜡油闪电后和变更涂层的分散系后,车门密封条VOC性能有了很大改善,8项物质散发性能均符合性能要求。

[size=0.8em]图2 优化后的车门密封条VOC性能与技术要求对比

参考文献:

[1] 蔡建华,刘伟华.汽车密封条在线喷涂技术[J].橡胶工业,2006,53(2):95~98.

[2] 唐斌.微波连续硫化技术生产汽车橡胶密封条[C].2001年全国橡胶制品技术研讨会(西安)论文集, 138~142.

[3] HJ/T400.车内挥发性有机物及醛酮类物质采样测定方法[S].2007.


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