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[VOC检测] 汽车座椅泡棉产品VOC排放控制研究

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发表于 2021-8-17 15:43:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
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【汽车材料网】汽车座椅泡棉产品VOC排放控制研究
徐雍(青岛东一胶带有限公司 266232)
摘要:本文重点从座椅泡棉的原材料配方着手,通过理论分析,阐述座椅泡棉中挥发性有机合成物的来源,控制和改善依据;并通过搭建模型,经过实验,优化汽车座椅泡棉中挥发性有机化合物的挥发量,达到汽车整车厂的要求。
关键词:汽车座椅;泡棉;挥发性有机化合物;聚氨酯
0 引言

[size=1em]研究表明,来自汽车内饰零部件的挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,简称“VOC”)是影响车内空气质量的主要原因之一。大多数汽车内饰零部件中都含有一定量的VOC,它们主要是醛类、苯类、酚类和酮类方面的物质,这些物质的沸点,通常都在50~260℃。当汽车内的温度,达到这些物质的沸点时,这些挥发性物质,就会逐步释放出来。这些挥发物,不仅会在前挡风玻璃上会形成雾,影响驾驶员的视线,更多的会对乘员的身体造成伤害。

[size=1em]本文重点从座椅泡棉的原材料配方着手,通过理论分析,阐述座椅泡棉中挥发性有机合成物的来源,控制和改善依据。通过搭建模型,经过实验,优化汽车座椅泡棉中挥发性有机化合物的挥发量,达到汽车整车厂的要求。

1 理论分析

[size=1em]汽车座椅泡棉产品一般都会选用聚氨酯体系材料,这是因为这种材料庞大的体积,可以引起较大的链间位阻,所以,使材料具有较高的抗撕裂强度。聚氨酯弹性体,基本上属于具有线性分子特征的热塑料树脂,但也可以由多功能团扩链剂等方式引入一定程度的交联。适当的交联,可以改善材料的物理机械性能,从而提高聚氨酯材料的耐水性和耐候性。所以,聚氨酯体系材料具有热塑性好、强度高、伸长率大、回弹性好、耐磨、耐油、耐溶剂、耐老化以及耐低温等性能优点。

[size=1em]笔者所在团队重点研究了某美系整车厂商的材料性能要求以后发现,整车厂商对于汽车泡棉产品的要求,主要集中在密度、硬度、耐疲劳(抗撕扯强度)、耐老化以及挥发物的浓度等指标上。这些指标与聚氨酯的特性可以说是完全吻合。再考虑到我国聚氨酯产业布局已经成型,聚氨酯体系原材料的采购价格已经具有相当的竞争力,所以说聚氨酯体系的材料,可以完美地满足整车厂商对于汽车座椅泡棉产品的性能要求[1]。

2 汽车座椅VOC排放检测模型的建立

[size=1em]那么能否搭建起一个模型,对聚氨酯体系材料的挥发物,做到一个量化的检测分析和控制呢?

[size=1em]对汽车座椅泡棉原材料的分析得知,制作汽车座椅泡棉的所有原材料,包括主剂(聚醚多元醇和聚合物多元醇)、助剂和胶水等,都会挥发VOC。那么可以假设:汽车泡棉成品的VOC排放,肯定是来源于制作汽车座椅泡棉产品所需的原材料上。是否可以通过量化控制原材料的VOC排放量,从而达到量化控制汽车座椅泡棉成品的VOC排放量呢?

[size=1em]如果上述假设成立,就能够搭建出一个模型理论:量化控制单位原材料的VOC排放种类和排放量,即可量化控制汽车泡棉成品的VOC排放种类以及排放量。

[size=1em]为了验证这一假设,笔者所在团队通过一些基础实验,来进行初步的验证。验证的步骤如下。

[size=1em](1)量化地获得制作汽车座椅泡棉产品所需原材料的VOC排放量,计算出各种原材料占VOC整体排放量的比重。

[size=1em](2)通过更改原材料的比重,甚至更换原材料种类的方式,量化地获得更改原材料配方之后的VOC整体的排放量。

[size=1em](3)通过比较前2个步骤的实验对比数据,对汽车泡棉成品的VOC排放量中,其中任一指标的来源,追溯到原材料层面。

[size=1em](4)通过更新相应的原材料,来降低汽车泡棉成品的VOC排放,达到相应的规范要求。

[size=1em]通过对用量大的原料进行替代试验(如各类多元醇),对用量小的原料等进行增量试验(如助剂),再通过实验完成自由发泡,进行VOC分析,针对所得数据可以确定此原料对VOC的贡献。之后对实验结果进行分析,然后汇总有机化合物的来源,判断是否超标,以及提出改善计划。

[size=1em]实验结果表明,量化控制单位原材料的原材料VOC的排放种类和排放量,即可量化控制汽车泡棉成品的VOC排放种类以及排放量这一模型理论成立。

3 汽车座椅VOC排放控制实例介绍

[size=1em]笔者公司受邀参与上汽集团乘用车公司新架构乘用车平台座椅发泡研究项目。通过对比研究发现,上汽集团乘用车公司的标准SMTC 5 400018,和上汽通用的标准TS-BD-003非常类似。因此可以推论,上汽集团乘用车公司在制定该标准时,可能参考了上汽通用的标准。因此,实验室准备以目前已经批量供给上汽通用的汽车座椅泡棉材料配方为基础,搭建原始配方模型,记录对应的原始数据,并在此模型基础上进行理论有效性的验证。

[size=1em]为了论证模型,试验中采用苯和甲苯含量比较低的聚醚多元醇和聚合物多元醇原材料进行对比测试;脱模剂统一更换为某品牌的水性脱模剂,挥发物含量低。测试结果显示:样品中仅甲苯含量超标,对比标准要求仅仅超标10%左右。基于此结果,实验室决定坚持以已经批量供给上汽通用的汽车座椅泡棉材料配方为基础,在此配方技术上,通过减少聚合物多元醇的使用量来进一步降低产品中甲醛以及其他有机挥发物的含量。

[size=1em]根据计划,重新调整设定了原料配方,并根据配方制作泡棉样件,送到上汽集团乘用车公司认可的第三方测试机构,让企业来进行最终的检测。

[size=1em]检测结果显示,所有的检测项目都在上汽集团乘用车公司标准限值之内(表1)。因此成功论证了之前提出的模型理论:量化控制单位原材料的原材料VOC(挥发性有机化合物)的排放种类和排放量,即可量化的控制汽车泡棉成品的VOC排放种类以及排放量。

4 实验结论分析4.1 搭建框架的理论基础

[size=1em]座椅发泡产品中,VOC的排放主要来源于以下方面:甲苯超标主要来源于聚合物多元醇和脱模剂;苯乙烯超标主要来源于聚合物多元醇;乙醛超标主要来源于聚合物多元醇。

[size=0.8em]表1 CT1检测结果

4.2 实验结论

[size=1em](1)对于无论是聚合物多元醇还是聚醚多元醇,如果重新选择了无苯酚、低苯乙烯或低醛类的聚合物多元酯材料,与无苯酚、低醛类的聚醚多元醇材料相混合,最后生产出来的汽车座椅泡棉产品中关于苯类、醛类和乙烯类等有机化合物的挥发量才可能显著降低。所以,产品原材料对于聚合物多元醇和聚醚多元醇的选择非常关键因素。

[size=1em](2)为了避免大批量产生VOC排放超标的不合格汽车座椅泡棉产品,必须在量产之前,对于混料之前的原材料分别进行相应的检测。具体的检测方法,可以采用替换主剂对比检测数值方法,和加倍助剂对比检测数值方法,来推算并锁定检测指标中的有机化合物排放源,究竟源于哪一种原材料[2]。

5 结束语

[size=1em]通过建立以上模型,可以在配方制定初期,就能控制有机化合物排放的潜在源头,最大程度保证了汽车座椅发泡成品中,VOC有机化合物检测结果符合汽车主机厂的要求。

[size=1em]除此之外,在生产过程中,还加强过程工艺监控,保证工艺过程最佳参数。通过监控生产中量产发泡棉产品品质的稳定性,提升一次合格率,减少胶水使用量,也是降低汽车座椅发泡成品的VOC有机化合物排放的一个重要因素。

[size=1em]【参考文献】

[size=1em][1]王飞,吴建国,李兰军.我国汽车内饰VOC现状及发展趋势[J].国外塑料,2013,31(11):41-46.

[size=1em][2]徐世海.汽车座椅用聚氨酯泡沫环保和安全性能的评价及改进[J].聚氨酯工业,2012,27(06):1-4.



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