徐樹峰， 吳先毅， 李銘儀， 張?jiān)凭辏?蔣寶林， 陳麒琳

( 廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

隨著人民生活水平的提高，汽車在人類的日常生活中扮演著越來(lái)越重要的角色，與此同時(shí)，消費(fèi)者對(duì)車內(nèi)環(huán)境的健康與舒適性的要求也越來(lái)越高[1-3]，因此車內(nèi)空氣質(zhì)量問題也成為汽車消費(fèi)者關(guān)注的熱點(diǎn)。特別是“異味門”事件的出現(xiàn)，將人們對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量的認(rèn)識(shí)提升到了一個(gè)新高度，讓消費(fèi)者更深切地感受到車內(nèi)空氣質(zhì)量與健康的密切關(guān)系[4]。車內(nèi)氣味一直是困擾車主和乘客的一大難題，據(jù)汽車行業(yè)權(quán)威獨(dú)立市場(chǎng)咨詢機(jī)構(gòu)POWER發(fā)布的中國(guó)新車質(zhì)量研究報(bào)告顯示，“令人不愉快的氣味”在2015以來(lái)一直是中國(guó)新車質(zhì)量最嚴(yán)重的問題之一，汽車“異味”不僅讓廣大車主談“味”色變，也令廠商頭疼不已[5]。車內(nèi)氣味過(guò)重，輕則影響成員心情，重則危害身體健康。為提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，提升車內(nèi)嗅覺感官品質(zhì)，滿足消費(fèi)者需求，國(guó)內(nèi)外各大車企均加大了對(duì)車內(nèi)氣味的管控力度。目前大部分主機(jī)廠的氣味管控辦法集中在“減法”上，即通過(guò)對(duì)整車內(nèi)飾件的原材料和零部件的氣味進(jìn)行管控來(lái)達(dá)到整車氣味水平的提升[6]。

在整車氣味研發(fā)過(guò)程中，對(duì)于氣味貢獻(xiàn)率比較高的材料和零部件，氣味性能不但滿足企標(biāo)限值要求，更要開發(fā)和應(yīng)用氣味性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于限值要求的低氣味材料和零部件，如座椅面料、PP塑料粒子等。

本文作者以兩家公司的座椅PVC面料為研究對(duì)象，對(duì)兩種面料的氣味性能進(jìn)行了主觀氣味評(píng)價(jià)和客觀設(shè)備分析(TD-GC-O/MS熱脫附-氣相色譜-氣味嗅辨儀/質(zhì)譜聯(lián)用法)，同時(shí)將兩種PVC分別試制成兩份座椅并進(jìn)行整車搭載，對(duì)整車的氣味強(qiáng)度、氣味舒適度以及氣味類型作出評(píng)價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

研究用的PVC面料分別來(lái)自兩家面料供應(yīng)商，以PVC-1、PVC-2表示。

高純氮?dú)?99.999%)：空氣化工產(chǎn)品氣體(深圳)有限公司；甲醇：色譜純，美國(guó)霍尼韋爾Honeywell；VOC混合標(biāo)液：1 000 mg/L，美國(guó)O2si；CS200A(50 slm)氣體質(zhì)量流量計(jì)：北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司；GM-1.0A,60 L/min隔膜真空泵：天津市津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；FD115烘箱：德國(guó)賓德Binder；GW1000-150高溫試驗(yàn)箱：廣州國(guó)技試驗(yàn)儀器有限公司；KTM-HTG25高溫試驗(yàn)箱：鐵木真電子科技(昆山)有限公司；V-BIR-24、V-BIR-54、V-BIR-56汽車內(nèi)飾件VOC潔凈高溫室：東莞市升微機(jī)電設(shè)備科技有限公司；Gilibrator-2皂膜流量計(jì)：GilAir Plus、GilAir-5RP；高低恒流空氣采樣泵：美國(guó)Gilian公司；EM-2008C-8矩陣式恒溫恒流多通道采樣器(8路)：深圳國(guó)技儀器有限公司；Sniffer9100嗅味檢測(cè)儀：瑞士Brechbühler；ATD350、ATD650型熱脫附儀：美國(guó)PE-Perkinelmer；Agilent 1200/1260型高效液相色譜儀、7890A-5975C、7890B-5977B型氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國(guó)安捷倫Agilent；Waters H-Class型超高效液相色譜儀：美國(guó)沃特世Waters；R-TC20-2 TVOC管老化儀：英國(guó)Markes；Tenax-TA管：美國(guó)PE-Perkinelmer；Tedlar氣體采樣袋，大連德霖氣體包裝有限公司。

2 試驗(yàn)步驟

2.1 試驗(yàn)方法和參數(shù)

2.1.1 面料和面套TD-GC-O/MS測(cè)試

(1)將面料PVC-1和面料PVC-2進(jìn)行裁剪，規(guī)格為20 cm×20 cm，每種面料各1份。圖1和圖2分別為面料PVC-1的實(shí)物外觀圖和截面圖，面料PVC-2的實(shí)物外觀圖和截面圖與面料PVC-1基本一致。

圖1 面料PVC-1的實(shí)物外觀圖

圖2 面料PVC-1的截面圖

(2)將面料PVC-1和面料PVC-2分別放入已老化好的10 L氣體采樣袋中，然后使用高純氮?dú)鉀_洗3次，最后充入5 L的高純氮?dú)?。將氣體采樣袋置于已預(yù)熱的烘箱中，80 ℃的條件下加熱2 h。

(3)通過(guò)恒流空氣采樣泵將采樣袋中的氣體采集到Tenax-TA內(nèi)。然后將Tenax-TA置于TD-GC-O/MS設(shè)備上，進(jìn)行相關(guān)測(cè)試和分析。

(4)將面料PVC-1和面料PVC-2通過(guò)火焰復(fù)合的工藝制成面套PVC-1和面套PVC-2，將面套PVC-1和面套PVC-2重復(fù)步驟(1)—(3)。圖3和圖4分別為面套PVC-1的實(shí)物外觀圖和截面圖，面套PVC-2的實(shí)物外觀圖和截面圖與面套PVC-1基本一致。

圖3 面套PVC-1的實(shí)物外觀圖

圖4 面套PVC-1的截面圖

2.1.2 面料和面套氣味評(píng)價(jià)

(1)將面料PVC-1和面料PVC-2進(jìn)行裁剪，規(guī)格為10 cm×20 cm，每種面料各9份。

(2)將3份面料PVC-1和3份面料PVC-2分別放入用于氣味性評(píng)價(jià)的1 L廣口玻璃容器中(瓶中放入50 mL的去離子水，應(yīng)避免試樣直接與水接觸)，蓋好瓶蓋，(23±2)℃的條件下靜置24 h。

(3)將3份面料PVC-1和3份面料PVC-2分別放入用于氣味性評(píng)價(jià)的1 L廣口玻璃容器中(瓶中放入50 mL的去離子水，應(yīng)避免試樣直接與水接觸)，蓋好瓶蓋，放入具有空氣循環(huán)功能的烘箱中，溫度設(shè)定為 (40±2)℃，烘箱運(yùn)行24 h。

(4)將3份面料PVC-1和3份面料PVC-2分別放入用于氣味性評(píng)價(jià)的1 L 廣口玻璃容器中，蓋好瓶蓋，放入具有空氣循環(huán)功能的烘箱中，溫度設(shè)定為 (80±2)℃ ，烘箱運(yùn)行2 h后取出冷卻到(65±5)℃。

(5)面套PVC-1和面套PVC-2重復(fù)步驟(1)—(4)。

(6)將步驟(2)—(5)處理好的內(nèi)含待測(cè)樣品的廣口瓶置于氣味評(píng)價(jià)房進(jìn)行氣味評(píng)價(jià)。氣味評(píng)價(jià)員稍微打開瓶蓋，鼻子靠近瓶口，保持2～3 cm的距離，正常呼吸，然后對(duì)試樣進(jìn)行氣味進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)期間，每個(gè)試樣瓶最多供兩位氣味評(píng)價(jià)員評(píng)價(jià)，兩次氣味評(píng)價(jià)應(yīng)間隔1～2 min。每種試樣的氣味評(píng)價(jià)至少需要5位氣味評(píng)價(jià)員。

2.1.3 整車氣味評(píng)價(jià)

(1)將面料PVC-1和面料PVC-2試制成整車座椅并分別搭載在試驗(yàn)樣車1和樣車2上，樣車1和樣車2屬于同一批次相同配置的樣車，除了座椅不同之外，其他所有零部件均相同。

(2)將搭載好座椅的樣車1和樣車2置于整車氣味評(píng)價(jià)室，關(guān)閉門和窗，氣味評(píng)價(jià)室溫度設(shè)定為25.0 ℃，濕度設(shè)定為50%，樣車靜置16 h。

(3)整車氣味評(píng)價(jià)時(shí)，至少需要5位氣味評(píng)價(jià)員，并且分組進(jìn)行氣味評(píng)價(jià)，每組最多3位氣味評(píng)價(jià)員，每組間隔至少15 min。按照主駕駛、副駕駛、后排座椅從前到后的順序依次進(jìn)入車內(nèi)，評(píng)價(jià)人員需在進(jìn)入車內(nèi)，關(guān)閉車門后30 s內(nèi)進(jìn)行評(píng)定，評(píng)價(jià)時(shí)正常呼吸。評(píng)價(jià)時(shí)，先評(píng)價(jià)氣味強(qiáng)度等級(jí)、氣味舒適度，再描述氣味類型。

2.2 測(cè)試條件

將采集好氣體的Tenax-TA置于熱脫附-氣相色譜-氣味嗅辨儀-質(zhì)譜檢測(cè)器聯(lián)用裝置上進(jìn)行測(cè)試和分析。熱脫附的樣品管脫附溫度設(shè)定為300 ℃，冷阱富集溫度設(shè)定為-10 ℃，冷阱脫附溫度設(shè)定為300 ℃，冷阱脫附流量設(shè)定為80 mL/min。氣相色譜使用色譜柱Ultra-2尺寸為50 m ×0.32 mm × 0.52 μm，柱溫箱升溫過(guò)程為50 ℃條件下保持3 min，然后以10 ℃/min 升溫至90 ℃并保持5 min，然后再以10 ℃/min 升溫至280 ℃ 并保持3 min。質(zhì)譜的離子源溫度設(shè)定為230 ℃，質(zhì)譜掃描范圍為45～420 Amu。氣味評(píng)價(jià)員在氣味嗅辨儀端口進(jìn)行每一個(gè)物質(zhì)的氣味評(píng)價(jià)，并記錄對(duì)應(yīng)物質(zhì)的氣味類型、強(qiáng)度等級(jí)及保留時(shí)間。

3 結(jié)果與討論

3.1 面料/面套測(cè)試結(jié)果分析

3.1.1 面料/面套氣味評(píng)價(jià)

氣味評(píng)價(jià)試驗(yàn)由5位氣味評(píng)價(jià)員進(jìn)行，氣味評(píng)價(jià)結(jié)果為所有評(píng)價(jià)員結(jié)果的算術(shù)平均值，算術(shù)平均值結(jié)果可以四舍五入保留1位小數(shù)。氣味強(qiáng)度等級(jí)一共有6個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)的定義為：1級(jí)—無(wú)氣味；2級(jí)—有氣味，不明顯，但無(wú)干擾性氣味；3級(jí)—有明顯氣味，但無(wú)干擾性氣味；4級(jí)—有干擾性氣味；5級(jí)—有強(qiáng)烈干擾性氣味；6級(jí)—有不可忍受的氣味。面料的氣味評(píng)價(jià)結(jié)果如表1和圖5所示。

表1 面料的氣味類型

圖5 面料的氣味強(qiáng)度

由表1可知，面料PVC-1在23 ℃條件下有3人覺得有溶劑味，40 ℃條件下有5人覺得有溶劑味，80 ℃條件下有5人覺得有溶劑味。面料PVC-2在23 ℃條件下為無(wú)味，40 ℃條件下有3人覺得有溶劑味以及2人覺得有皮革味，80 ℃條件下有2人覺得有溶劑味以及1人覺得有織物味和1人覺得有燒焦味。氣味類型上，面料PVC-2明顯優(yōu)于面料PVC-1，尤其在常溫條件下，面料PVC-2展現(xiàn)出無(wú)氣味的結(jié)果。

由圖5可知，面料PVC-1在23、40、80 ℃ 3個(gè)條件下的氣味強(qiáng)度分別為2.3、2.8、3.5；面料PVC-2在23、40、80 ℃ 3個(gè)條件下的氣味強(qiáng)度分別為2.0、2.5、3.2。氣味強(qiáng)度值對(duì)別來(lái)看，面料PVC-2在3個(gè)溫度下都明顯優(yōu)于面料PVC-1。從氣味強(qiáng)度絕對(duì)值來(lái)看，在常溫條件下面料PVC-2為2.0，該氣味性能在整個(gè)PVC行業(yè)里都十分難得。

由表2可知，面套PVC-1在23、40、80 ℃ 3個(gè)條件下都有5人覺得有溶劑味，溶劑味非常明顯。面套PVC-2在23 ℃條件下有3人覺得有溶劑味，40、80 ℃條件下有4人覺得有溶劑味以及1人覺得有泡棉味。氣味類型上，面套PVC-2稍微優(yōu)于面套PVC-1，溶劑味稍微弱點(diǎn)。

表2 面套的氣味類型

由圖6可知，面套PVC-1在23、40、80 ℃ 3個(gè)條件下的氣味強(qiáng)度分別為2.6、2.9、3.5；面套PVC-2在23、40、80 ℃ 3個(gè)條件下的氣味強(qiáng)度分別為2.3、2.8、3.4。氣味強(qiáng)度值對(duì)比來(lái)看，面套PVC-2在3個(gè)溫度下都優(yōu)于面套PVC-1。

圖6 面套的氣味強(qiáng)度

3.1.2 面料/面套TD-GC-O/MS分析

將采集好氣體的Tenax-TA 管置于熱脫附近樣器內(nèi)，已富集在管子中的待測(cè)成分經(jīng)設(shè)備加熱解吸后進(jìn)入氣相色譜儀內(nèi)，色譜儀對(duì)待測(cè)物質(zhì)進(jìn)行層層分離，然后通過(guò)分流器進(jìn)行分流，其中一路進(jìn)入到質(zhì)譜儀并進(jìn)行定性分析，另一路則進(jìn)入嗅覺檢測(cè)器并進(jìn)行氣味評(píng)價(jià)。圖7—10 分別為面料PVC-1、面料PVC-2、面套PVC-1、面套PVC-2的總離子色譜圖，其中保留時(shí)間表示為氣體隨載氣流出的先后順序，豐度表示在質(zhì)譜分析中檢測(cè)器檢測(cè)到的離子信號(hào)強(qiáng)弱。

圖7 面料PVC-1散發(fā)氣體總離子色譜圖

從圖7和圖8對(duì)比可以看出，面料PVC-1散發(fā)氣體總離子色譜圖與面料PVC-2散發(fā)氣體總離子色譜圖相差很大，面料PVC-2的相對(duì)豐度超過(guò)5的物質(zhì)只有一個(gè)，而面料PVC-1相對(duì)豐度超過(guò)5的物質(zhì)很多，同時(shí)面料PVC-2的豐度最大值明顯小于面料PVC-1的豐度最大值。這對(duì)比結(jié)果證明面料PVC-2的散發(fā)物質(zhì)相對(duì)于面料PVC-1少很多，間接說(shuō)明了面料PVC-2的氣味性能優(yōu)于面料PVC-1。從圖9和圖10對(duì)比可以看出，面套PVC-1散發(fā)氣體總離子色譜圖與面套PVC-2散發(fā)氣體總離子色譜圖相差也很大，與面料的對(duì)比趨勢(shì)一致。

圖8 面料PVC-2散發(fā)氣體總離子色譜圖

圖9 面套PVC-1散發(fā)氣體總離子色譜圖

圖10 面套PVC-2散發(fā)氣體總離子色譜圖

從表3和表4可知，面料PVC-1中可感知的氣味物質(zhì)有9種，而面料PVC-2可感知的物質(zhì)只有2種，同時(shí)面料PVC-1可感知物質(zhì)的氣味強(qiáng)度最大值明顯高于面料PVC-2的可感知物質(zhì)氣味強(qiáng)度最大值。面料PVC-1中的2-丁酮和N,N-二甲基甲酰胺的氣味強(qiáng)度為2.0，為面料PVC-1貢獻(xiàn)了發(fā)泡味和燒焦味。4-甲基辛烷、環(huán)己酮、 1-十三烯的氣味強(qiáng)度為1.5，為面料PVC-1貢獻(xiàn)了溶劑味和燒焦味。異丙醇、八甲基環(huán)四硅氧烷、苯甲腈、十甲基環(huán)五硅氧烷的氣味強(qiáng)度比較弱，評(píng)價(jià)結(jié)果為1.0，為面料PVC-1貢獻(xiàn)了溶劑味、燒焦味、發(fā)泡味。面料PVC-2中的2-乙基己醇和八甲基環(huán)四硅氧烷的氣味強(qiáng)度分別為1.5和1.0，為面料PVC-2貢獻(xiàn)了溶劑味、織物味。

表3 面料PVC-1主要散發(fā)氣體分析結(jié)果

表4 面料PVC-2主要散發(fā)氣體分析結(jié)果

從表5和表6可知，面套PVC-1中可感知的氣味物質(zhì)有15種，而面套PVC-2可感知的物質(zhì)只有5種，同時(shí)面套PVC-1可感知物質(zhì)的氣味強(qiáng)度最大值明顯高于面套PVC-2的可感知物質(zhì)氣味強(qiáng)度最大值，整體趨勢(shì)與面料的對(duì)比結(jié)果一致。面套PVC-1中可感知的15種物質(zhì)主要為溶劑味，發(fā)泡味以及燒焦味，與面料的氣味評(píng)價(jià)結(jié)果一致。面套PVC-2中可感知的5種物質(zhì)主要發(fā)泡味和溶劑味，而苦味和煳味氣味強(qiáng)度比較弱，氣味評(píng)價(jià)時(shí)不易察覺。

表5 面套PVC-1主要散發(fā)氣體分析結(jié)果

表6 面套PVC-2主要散發(fā)氣體分析結(jié)果

3.2 整車氣味評(píng)價(jià)結(jié)果

將面料PVC-1和PVC-2試制成整車座椅并分別搭載在試驗(yàn)樣車1和樣車2上，氣味評(píng)價(jià)員對(duì)搭載后的整車氣味強(qiáng)度、氣味舒適度以及氣味類型進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中氣味舒適分為10個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)定義為:1級(jí)和2級(jí)—非常差；3級(jí)—很差；4級(jí)—差；5級(jí)—稍差；6級(jí)—普通；7級(jí)—稍好；8級(jí)—好；9級(jí)—很好；10級(jí)—非常好。圖11和圖12分別為試驗(yàn)樣車1和試驗(yàn)樣車2的氣味強(qiáng)度和氣味舒適度的結(jié)果，表7為試驗(yàn)樣車1和試驗(yàn)樣車2的氣味類型。

圖11 整車氣味強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果

圖12 整車氣味舒適評(píng)價(jià)結(jié)果

表7 整車氣味類型評(píng)價(jià)結(jié)果

從圖11可知，試驗(yàn)樣車1和試驗(yàn)樣車2的氣味強(qiáng)度分別為3.0和2.5，相差0.5個(gè)氣味強(qiáng)度等級(jí)，氣味性能較好的面料PVC-2搭載整車后能夠顯著降低整車的氣味強(qiáng)度。從圖12可以看出試驗(yàn)樣車1和試驗(yàn)樣車2的氣味舒適度分別為6.4和7.1，相差0.7個(gè)等級(jí)，再次證明面料PVC-2搭載后能夠大幅提升車內(nèi)的嗅覺感官品質(zhì)。從表7可知，試驗(yàn)樣車2的氣味類型種類比試驗(yàn)樣車的氣味類型種類少，最顯著的是同種氣味類型的可感知的人數(shù)得到下降。

4 結(jié)束語(yǔ)

文中以整車氣味貢獻(xiàn)率非常大的PVC座椅面料為研究對(duì)象，通過(guò)結(jié)合氣味主觀評(píng)價(jià)和客觀設(shè)備分析的方法，對(duì)不同氣味性能的PVC面料進(jìn)行的測(cè)試和分析，并將面料試制成兩份座椅并進(jìn)行整車搭載和評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示氣味性能比較好的PVC有效降低了整車氣味強(qiáng)度，提升了氣味舒適度，為整車嗅覺感官品質(zhì)的提升提供了有效的技術(shù)途徑。