王添琪

(安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230601)

0 引言

為了滿足消費(fèi)者對汽車舒適性和感官的要求，生產(chǎn)企業(yè)不斷提高汽車內(nèi)飾的設(shè)計(jì)水平，使用了更多的新技術(shù)、新材料、新工藝。非金屬材料和黏結(jié)劑的大量應(yīng)用會導(dǎo)致車內(nèi)污染物積聚，危害人體健康。研究發(fā)現(xiàn)，車內(nèi)的空氣污染程度有時(shí)會高于車外的10倍[1]。

1 某款小型SUV整車空氣質(zhì)量VOC檢測及分析

1.1 檢測方案

(1)樣車準(zhǔn)備

兩臺下線30天小型SUV。

(2)采樣方法

按照HJ/T 400-2007《車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測定方法》的規(guī)定進(jìn)行[2]。

(3)采樣點(diǎn)設(shè)置

檢測車輛SUV為M1類車輛，在前排座椅頭枕連線的中點(diǎn)布置1個(gè)測量點(diǎn)，采樣點(diǎn)的高度與駕乘人員呼吸帶高度相一致。

1.2 檢測結(jié)果

委托CTI第三方檢測機(jī)構(gòu)對該SUV整車進(jìn)行VOC檢測，按照GB/T 27630-2011《乘用車車內(nèi)空氣質(zhì)量評價(jià)指南》對檢測結(jié)果進(jìn)行判定[3]，如表1所示。

表1 整車VOC檢測結(jié)果

注：N.D.表示未檢測到，下同。

通過與限值標(biāo)準(zhǔn)對比，可知兩臺檢測樣車均是二甲苯超標(biāo)，其他揮發(fā)有機(jī)物滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3 VOC檢測結(jié)果分析

針對二甲苯超標(biāo)，分析苯系物的主要揮發(fā)源，并對車內(nèi)主要零部件進(jìn)行袋子法VOC檢測排查。圖1為車內(nèi)VOC相關(guān)的主要零部件。

圖1 車內(nèi)VOC相關(guān)的主要零部件

根據(jù)該車型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，共識別車內(nèi)主要零部件22種?？紤]到揮發(fā)性有機(jī)物的散發(fā)特性，統(tǒng)一對下線15天以內(nèi)的零部件進(jìn)行VOC檢測，應(yīng)用2 000 L袋子法，具體檢測方法及限值要求依據(jù)Q/JQ 11159-2014《車內(nèi)零部件揮發(fā)性有機(jī)物要求及測試方法》[4]，二甲苯限值要求如表2所示。

表2 各零部件二甲苯限值要求 μg·m-3

結(jié)合整車超標(biāo)項(xiàng)，橫向?qū)Ρ雀髁悴考]發(fā)量，按照揮發(fā)量大小排序，找出對應(yīng)TOP零部件，確認(rèn)整改目標(biāo)。TOP零部件排序如圖2所示。

橫向?qū)Ρ群螅罁?jù)各零部件二甲苯限值要求，此次SUV二甲苯超標(biāo)零部件有門板總成、立柱總成、前排座椅、后排座椅和頂棚，整車改進(jìn)方向主要從TOP零部件的4M信息入手，找出零部件VOC影響因素，制定整改措施，進(jìn)而提升整車VOC質(zhì)量。

圖2 TOP零部件排序

2 VOC整改提升

2.1 門板VOC整改案例

門板是車內(nèi)重點(diǎn)零部件之一，包括四門、尾門(兩廂車)，總體占車內(nèi)較大體積。門板總成工藝復(fù)雜，包括注塑、包覆、噴涂、粘接等，多工藝復(fù)合導(dǎo)致產(chǎn)品散發(fā)性較差。此節(jié)以門板為例進(jìn)行案例分析。將門板生產(chǎn)過程進(jìn)行分解，從4M信息逐步剖析，通過人、機(jī)、料、法各方面細(xì)化，逐一排查生產(chǎn)過程中重點(diǎn)影響源。

門板4M信息中，人員操作、生產(chǎn)設(shè)備作為生產(chǎn)固定項(xiàng)，并非主要原因；可以有較大變動(dòng)的材料、工藝方法則對產(chǎn)品最終狀態(tài)影響頗大。識別各子零部件的材料和工藝，如表3所示。

表3 各子零部件的材料和工藝清單

針對產(chǎn)品子零件的材料和工藝進(jìn)行排查分析如下：

(1)PP原材料。原料本身易有苯系物殘余，加工過程容易造成分子鏈分解，釋放小分子。

(2)吸音棉(帶背膠)。吸音棉采用的廢舊發(fā)泡有較大揮發(fā)性，背膠易產(chǎn)生苯類殘留。

(3)表皮(PVC)。軟質(zhì)PVC中加入大量增塑劑，易導(dǎo)致苯類物質(zhì)散發(fā)較高。

(4)表皮用膠水。膠水使用溶劑中容易殘余苯系物質(zhì)及醛類物質(zhì)。

(5)ABS原料和母粒。ABS材料中可能有苯系物單體殘留。

(6)油漆。油漆需要溶劑稀釋，往往含有大量苯系物。

(7)EPS防撞塊。PS單體為苯乙烯，會有單體殘留造成揮發(fā)性高。

對門板中幾個(gè)疑似散發(fā)源部件進(jìn)行單獨(dú)檢測，排查可能影響源，以門板本體為例進(jìn)行整改分析。門板本體PP(聚丙烯)原材料本身合成過程中易含有揮發(fā)性有機(jī)物殘留，通過加入多孔吸附材料，可降低原材料中小分子含量。另外，加工工藝溫度過高、剪切速率過快，會造成高分子降解，揮發(fā)出小分子。通過控制工藝條件(注塑溫度不高于220 ℃)，適當(dāng)改造螺桿(擠出雙螺桿設(shè)計(jì))，可使得加工過程中散發(fā)降至最少。

根據(jù)分析結(jié)果，在PP原材料中增加多孔吸附材料，注塑溫控制在220 ℃，使用高長徑比的雙螺桿擠出機(jī)，熔體輸送段安裝多階真空抽裝置，并添加自制的小分子驅(qū)除劑，制備了低散發(fā)型聚丙烯復(fù)合材料。采用改進(jìn)后的原材料和工藝制件，對比改進(jìn)前、后的門板本體VOC揮發(fā)值，其檢測結(jié)果如表4所示。

表4 門板本體VOC整改驗(yàn)證數(shù)據(jù) μg·m-3

從檢測結(jié)果看到：通過原材料和工藝的整改，門板本體VOC散發(fā)得到較好控制。為了進(jìn)一步提升門板總成的VOC質(zhì)量，對其他子零部件進(jìn)行同步整改，并將各整改子零部件組裝門板總成，再次對總成進(jìn)行檢測、對比，結(jié)果見表5。

表5 門板總車整改前后對比數(shù)據(jù) μg·m-3

整改后，各項(xiàng)指標(biāo)大幅降低，散發(fā)性有較明顯的改善，尤其是在苯系物的控制。

2.2 整車VOC整改驗(yàn)證及后續(xù)提升

零部件整改后，進(jìn)行整車驗(yàn)證，驗(yàn)證采用第1.1檢測方案，其中樣車采用4臺下線28天的新車，以驗(yàn)證整改效果的一致性。檢測數(shù)據(jù)見表6。

表6 整車驗(yàn)證數(shù)據(jù) μg·m-3

從新一輪整車驗(yàn)證數(shù)據(jù)可知，SUV整車VOC狀態(tài)良好，僅其中一臺車輛二甲苯微量超標(biāo)。因此，在正向提升的基礎(chǔ)上，如何再用物理或化學(xué)處理方法進(jìn)一步提升車內(nèi)空氣質(zhì)量以及如何確保整車VOC質(zhì)量的一致性將成為作者研究的另一個(gè)課題。同時(shí)，為了固化整改措施，確保生產(chǎn)出低VOC零部件，總結(jié)出零部件開發(fā)過程禁用材料清單，如表7所示。

表7 零部件開發(fā)過程禁用材料清單

3 結(jié)論

通過對某款小型SUV整車空氣質(zhì)量VOC檢測及數(shù)據(jù)分析，找到了從設(shè)計(jì)源頭提高車內(nèi)空氣質(zhì)量的方法。對兩臺下線30天小型SUV進(jìn)行整車VOC檢測，針對二甲苯超標(biāo)，分析苯系物的主要揮發(fā)源，并對車內(nèi)識別的22種主要零部件進(jìn)行袋子法VOC檢測排查。橫向?qū)Ρ雀髁悴考亩妆綋]發(fā)量，找出對應(yīng)TOP零部件，確認(rèn)整改目標(biāo)。從零部件的4M信息入手，以門板VOC整改案例進(jìn)行分析，識別門板各子零件的材料和工藝，查找VOC主要揮發(fā)源并進(jìn)行逐級驗(yàn)證，并形成組織記憶力，總結(jié)出零部件開發(fā)過程禁用材料清單，指導(dǎo)低VOC零部件的生產(chǎn)，以達(dá)到提升車內(nèi)VOC質(zhì)量的最終目標(biāo)。

參考文獻(xiàn):

[1]王新，丁鐘．汽車車室內(nèi)VOC探討及膠粘劑解決對策[J]．化工新材料，2013,41(2)：157-159,167.

WANG X,DING Z.Discussion of VOC in the Car Cabin and Adhesives Solutions[J].New Chemical Materials,2013,41(2):157-159,167.

[2]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.乘用車車內(nèi)空氣質(zhì)量評價(jià)指南:GB/T 27630-2011[S].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2012.

[3]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測定方法:HJ/T 400-2007[S].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2008.

[4]安徽江淮汽車股份有限公司.車內(nèi)零部件揮發(fā)性有機(jī)物要求及測試方法:Q/JQ-11159-2014[S].合肥:安徽江淮汽車股份有限公司,2014.