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[VOC检测] 汽车整车内部VOC检测研究

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发表于 2021-9-2 14:22:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
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【汽车材料网】汽车整车内部VOC检测研究
李亚伟 安德英 孙涛 李晓海 王昊峰 中机科(北京)车辆检测工程研究院有限公司 北京市 102100
摘 要: 当今社会汽车已经成为人们日常生活的一部分,但汽车内部气体污染严重威胁着人们的健康,因此汽车内部易挥发性有机物(VOC)的检验研究愈发紧迫,本文从VOC 检测角度阐述了汽车内部VOC的来源、目前世界各主要国家整车VOC政策法规以及对汽车内部VOC检测影响较大的因素。通过介绍几个主要国家的VOC检测方法,分析了我国VOC检测方面存在的不足,对车内空气质量检测问题给出相应的意见,为车内空气质量检测研究提供经验。
关键词:车内空气污染;挥发性有机物;整车;检测研究
1 引言

[size=1em]随着我国汽车工业的全面快速发展,现已成为世界汽车制造大国。近年来我国机动车保有量及人均保有量迅猛增加,在给人们带来交通便利和舒适生活的同时,也带来了环境污染,车内空气质量问题日益成为消费者关注的焦点[1]。车内空气的污染物主要是汽车内饰材料释放的VOC等有害物质,VOC主要是指:在常温条件下蒸气压较大的有机化学物质,包括:烷烃、烯烃、芳香烃、醛类或酮类物质。比较常见的有甲烷、苯、甲苯、苯乙烯、甲醛、丙酮等化学物质,其中苯乙烯、甲苯以及甲醛等都是污染物,能对人体会产生较大伤害[2]。对于汽车内部VOC污染问题,美国、欧洲、俄罗斯、日本等国家早已建立了以强制性标准为主的管理体系。2012年3月1日,我国实施的GB/T 27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》规定了车内空气中常见的污染物苯、甲苯、甲醛等8种物质的检测限值,该标准引导各车企开展汽车整车内部VOC管理控制工作,但标准只针对整车的VOC含量限定,汽车的原材料和零部件并无相关国家标准,且该标准仅为推荐性标准,该标准难以支撑对汽车行业的监管,不利于消费者判断新车的VOC水平[3]。因此关于支撑强制性法规制定的汽车VOC检测方面的基础研究十分紧迫。

2 汽车内部VOC的来源

[size=1em]汽车内部VOC的来源广泛,但主要来自于汽车内部有机零部件及其装饰材料中所残留的有毒有害物质的释放、汽车外部污染物进入和汽车自身排放的有毒物质的进入这三方面[4、5]。

2.1 汽车有机零部件及其装饰材料中所残留的有害物质释放

[size=1em](1)塑料类材料:这类材料在车内应用广泛比如用于门板、仪表板、中控台、副仪表板和座椅护板等内饰,这类材料的主要污染来源于其成型时所使用的脱模剂,脱模剂的作用是能使塑料制品易与模具脱离。脱模剂在使用前也需要用有机溶剂将其分散均匀。这些有机溶剂含有较多的苯、甲苯、二甲苯等有机物,所以塑料制品是汽车内部VOC的源泉之一。

[size=1em](2)表面覆盖物类材料:这类材料主要是皮革、织物、油漆等物质。由于皮革、织物在其生产过程中不可避免地要加入一些颜料、助剂,用以改善材料的色泽、柔韧性,色牢度等性质,这些添加的物质,往往含有大量的醛酮类物质。

[size=1em](3)粘结剂类:粘结剂具有较强的粘合性,在汽车零部件中有大量的应用,比如用于地毯、顶棚等粘接,但粘结剂的主要成分是酚醛树脂,其合成原料是甲醛和苯酚,所以粘结剂能挥发出较多的甲醛和苯酚等挥发性有机污染物。

[size=1em](4)起缓冲作用的内饰材料:这类材料主要是指聚氨酯发泡材料,聚氨酯(PU)是一种重要的合成发泡材料,目前以溶剂型聚氨酯为主,有机溶剂的挥发能产生大量的有机挥发物,包括对人体有害的甲苯和酮类物质。聚氨酯在汽车内部常作为发泡材料应用于头枕、座椅、隔音材料、仪表盘、遮阳板、门板、顶棚衬里等内饰件。

2.2 从汽车外部进入的污染物

[size=1em]当汽车外部空气较差时,污染物会通过汽车门窗、车身缝隙、通风口或车上其他孔隙进入车内,加深车内污染程度,这类污染物主要有CO、NOX、烷烃、颗粒物等。

2.3 汽车自身排放的污染物进入车内

[size=1em]汽车排放出的有毒有害物质,包括CO、NOX、苯、烯烃、芳香烃等物质会经过逆流-反渗透-进入车内空间,污染车内空气,其中甲苯污染最严重。

3 汽车内部VOC的检测分析方法

[size=1em]为有效应对车内VOC污染,数十年前一些发达国家就制定了整车内部VOC强制性标准,比如,俄罗斯在1998年发布了GOST R51206-98《乘客室和驾驶室内空气有害物质含量》,日本在2005年实施了汽车行业标准《小轿车车内空气污染治理指南》等。

[size=1em]在国内2008年3月1日,我国首次制定了车内空气样品采集测定标准:HJ/T400-2007《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》,2012年实施了GB/T27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》。GB/T27630-2011 指出车内VOC中8种主要有害物质的浓度上限,为汽车生产检测增添了政策法规。

3.1 世界各主要国家对车内VOC测试条件的规定如下

[size=1em](1)俄罗斯GOST R51206-2004《乘客室和驾驶室内空气有害物质含量》标准对所测车辆在23°C、50%湿度条件下进行测试。标准规定了两个采样模式:

[size=1em]a.模式一:以50公里/小时匀速行驶。在平整坚硬的路面上进行实验,行驶20分钟后进行采样。

[size=1em]b.模式二:以生产商规定的发动机最小稳定转速,运行20分钟后进行采样[6]。

[size=1em](2)在日本《车内VOC 试验方法(乘用车)》规定,车内污染物的测试分为三个部分:预处理阶段、甲醛浓度测定阶段和车内其他有机挥发物浓度测定阶段。预处理阶段为将车辆放置在45℃的环境仓内保持4.5小时;测甲醛阶段,用DNPH采样管采集车内空气30分钟;车内其他有机挥发物浓度测定阶段,启动发动机使空调正常工作,该阶段车内要保持温度在23±2℃[7]。

[size=1em](3)国内HJ/T400-2007 规定的测试方法主要是:在环境温度为23±1℃,相对湿度为50±10%条件下,将车厢完全打开,静置至少6小时,然后将车辆封闭,室温条件下静置16小时后开始采样[8]。

[size=1em]在对比各国的测试条件后,发现国外标准综合考虑了多种采样模式包括:行驶、怠速、静止、高温和室温等取样条件,能够比较真实的模拟人在车中的情况。国内标准仅考虑室温下汽车内部VOC的释放情况,没有动态条件下车内VOC的情况。车辆行驶在路上,汽车自身排放的污染物和外界环境中的污染物很容易通过缝隙、管道等进入车内,影响车内空气的质量,给车内成员造成危害。希望国内标准能适当引入动态采样模式,并在这方面逐步完善,以更好地指导乘用车内部VOC的检测与管控工作。

3.2 样品的分析测试方法

[size=1em]综合各国采样方法,车内易挥发性有机物的采样分析方法主要是二次热解析气相色谱法:用填充有Tenax TA 固态吸附剂的采样管来采集车内空气中的挥发性有机物,将气体中的挥发性有机组份捕集在采样管中,然后将二次热解析挥发出来的有机物用毛细管气相用色谱/质谱联用仪进行检测[9]。醛酮类物质的采样分析方法主要是高效液相色谱法:采用表面涂渍有 2,4-二硝基苯肼(2,4-DNPH)的吸附柱,通过化学反应吸附剂的采样管采集车内甲醛、乙醛、丙烯醛等物质,然后用乙腈洗涤采样管,并萃取得到含有醛酮类物质的液体,再通过高效液相色谱仪进行检测[10]。

4 影响车内VOC检测的主要因素

[size=1em]影响车内空气污染物浓度的因素有很多,主要包括环境温度、汽车通风状况和车辆年龄等因素。除了这些之外,环境本底浓度对于汽车内部VOC检测影响也较大,是车在运行状态下对车内VOC测量结果影响较大的因素。因此,在进行车内VOC检测时,必须充分考虑这些因素[11]。

4.1 温度

[size=1em]环境温度对车内VOC浓度影响很大,升高温度会增加车内VOC的释放速度,如果通风不畅,污染物便迅速聚集直到固-气两相达到动态平衡。污染物浓度升高的根本原因是,高温增加了车内材料中含有的有机易挥发性成分的蒸气压,直到新的气-固平衡出现。

4.2 通风状况的影响

[size=1em]通风状况决定着汽车内外空气交换的强度,空气的流通对车内污染物的集聚影响很大,能够轻而易举地改变车内VOC的浓度。

4.3 环境本底浓度的影响

[size=1em]车在运动状态下,由于车速、车辆海拔高度等因素的变化,车内外的压强差异也处于动态变化状态,车内外空气不可避免地发生对流,所以,车辆在运动状态下车内空气质量受车外环境的空气质量影响较大。由于车辆自身密闭性问题,车外污染物易于流入车内,此外,即使在空气交换作用极其微弱的情况下,通过扩散作用,车外环境中的污染物也能进入车内。

4.4 车龄的影响

[size=1em]不同车龄的汽车内部空气污染程度不同,由于新车内部各零部件中由于生产工艺,原材料等原因而残留不少易挥发性有毒有害物质,随时间的延长,污染物会逐渐挥发殆尽,因此在进行车辆内部VOC检测时应选取标准规定车龄的汽车进行检测。

5 结语

[size=1em]汽车内部VOC严重威胁着每个司机和乘客的健康,防治VOC污染任重道远。本文综合分析了车内VOC的来源,试样采集条件,气体检测法方法以及对检测结果影响较大的内外因素。通过对比不同国家汽车内部VOC采样方式的异同,认识到综合考虑多种采样条件包括:行驶、怠速、静止、高温和室温等取样条件,更能反映人与车的真实状况。结合对检测影响较大的环境本底浓度、通风状况和车龄、温度等因素,科学合理地设定车内VOC采样模式、检测方法等参数,能够得到更贴近实际的VOC数据。通过调控采样环境使车辆处于不同工作状态和不同的外界环境中进行检测研究,可建立不同的测量体系框架,可为制定相关标准提供科学依据,为我国建立科学合理的汽车挥发性有害物质管理体系奠定基础。



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