潘乃殊,王曉文

(上海汽車集團(tuán)股份有限公司乘用車分公司，上海 201804)

0 前言

國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的2020年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，2020年末全國民用汽車保有量達(dá)到28 087萬輛(包括三輪汽車和低速貨車748萬輛)，比上年末增長6.67%，可見我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛,汽車的普及率不斷提高[1]。人們在追求汽車的安全性、可靠性的同時(shí)，對整車的感官質(zhì)量要求越來越高，而感官質(zhì)量中的車內(nèi)氣味質(zhì)量是消費(fèi)者首要關(guān)注的問題，車內(nèi)氣味的大小及優(yōu)劣也逐漸成為人們購車時(shí)考慮的重要因素之一。

氣味是人對環(huán)境的主觀評價(jià)，車內(nèi)惡劣氣味會(huì)對人的心理和生理產(chǎn)生一定影響，異常氣味會(huì)刺激人的感覺器官，使人感到不愉快和厭惡，造成心理上的負(fù)擔(dān)[2]。影響車內(nèi)氣味的因素較多，外界環(huán)境的氣味進(jìn)入車內(nèi)部、人為引入的氣味(如人員吸煙或吃帶有氣味的食物)殘留、尾氣或汽油滲入乘客艙等因素均會(huì)導(dǎo)致車內(nèi)氣味異常。除這類不可控因素外，主機(jī)廠新車內(nèi)氣味是由車內(nèi)零件散發(fā)的氣味導(dǎo)致的，提升零件及材料氣味質(zhì)量對車內(nèi)氣味質(zhì)量提升具有重要意義。

車內(nèi)零件多，氣味來源復(fù)雜，筆者通過對某車型車內(nèi)氣味進(jìn)行研究分析，找出車內(nèi)氣味重點(diǎn)零部件散發(fā)源并針對氣味質(zhì)量提出管控方向。

1 整車車內(nèi)氣味來源分析

整車內(nèi)飾零件大量使用高分子材料和天然材料，這類材料會(huì)釋放出揮發(fā)性小分子氣味物質(zhì)，從而導(dǎo)致車內(nèi)產(chǎn)生氣味。這些揮發(fā)性物質(zhì)來源包括材料表面涂飾中的溶劑、人造革和塑料中的增塑劑、塑料降解后的副產(chǎn)物、塑料中的小分子雜質(zhì)，以及各種添加劑和加工助劑等。以某三廂車車型為例，對整車內(nèi)所有零件氣味進(jìn)行測試分析，確認(rèn)貢獻(xiàn)大的零件及材料。

1.1 氣味評價(jià)

目前還沒有嗅辨設(shè)備能夠完全替代人類鼻子，車內(nèi)氣味評價(jià)仍需以人為主體的評價(jià)。但由于不同評價(jià)人對氣味主觀感知的差異會(huì)導(dǎo)致評價(jià)結(jié)果存在偏差，故尚未形成汽車行業(yè)的統(tǒng)一評價(jià)尺度。目前車內(nèi)氣味質(zhì)量管控主要由主機(jī)廠的氣味工程師通過各自企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行管控。

本次零件氣味及整車氣味測試標(biāo)準(zhǔn)采用上海汽車集團(tuán)有限公司乘用車企業(yè)內(nèi)部相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 內(nèi)飾零件影響

通過零件和整車氣味測試，以及氣體成分分析發(fā)現(xiàn)整車內(nèi)的氣味是由車內(nèi)各個(gè)非金屬零件釋放的多種物質(zhì)混合形成的，并非單一類型物質(zhì)。通過使用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(HS-GC-MS)設(shè)備對零件釋放的低沸點(diǎn)揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)進(jìn)行全譜分析并結(jié)合零件氣味結(jié)果發(fā)現(xiàn)：零件氣味大小與散發(fā)量無明顯正向關(guān)系。行業(yè)各機(jī)構(gòu)對整車內(nèi)、零件氣味溯源研究工作均在開展中，目前還無有效的方法精確計(jì)算單一零件或材料對整車氣味的貢獻(xiàn)率，只能通過測試確認(rèn)其對整車氣味的相對貢獻(xiàn)率。

通過測試分析發(fā)現(xiàn)：表面直接暴露在車內(nèi)的零件及材料對車內(nèi)氣味貢獻(xiàn)相對較大；表面積大的零件氣味貢獻(xiàn)相對較大；含有溶劑類的物質(zhì)氣味貢獻(xiàn)相對較大；部分天然材料氣味貢獻(xiàn)相對較大。對車內(nèi)氣味貢獻(xiàn)大的零件依次為座椅、門板、主地毯、儀表板、車頂、衣帽架、中控臺、立柱及密封條等，對車內(nèi)氣味貢獻(xiàn)大的材料有聚氯乙烯(PVC)人造革、聚氨酯(PU)發(fā)泡材料、聚丙烯(PP)改性材料、膠水、真皮等(見表1)。車內(nèi)零件的生產(chǎn)過程中也會(huì)產(chǎn)生氣味，主要生產(chǎn)工藝及氣味產(chǎn)生機(jī)理見表2[3-5]。

表1 車內(nèi)氣味主要貢獻(xiàn)的內(nèi)飾零件及材料

表2 影響車內(nèi)氣味的主要加工工藝

三廂車的行李箱內(nèi)部的平地毯、備胎及左右側(cè)飾板等零件的氣味是行李箱內(nèi)氣味的主要來源，如果整車采取后排座椅與行李箱無物理隔斷的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，則行李箱內(nèi)的零件也會(huì)對乘客艙氣味產(chǎn)生影響。

1.3 輔料影響

車身輔料基本應(yīng)用于車身鈑金表面或鈑金拼接部位，這類材料表面不會(huì)暴露在乘客艙內(nèi)，如車身底盤鈑金表面粘貼的阻尼墊、鈑金焊接處的PVC焊縫膠、金屬門板內(nèi)粘貼的環(huán)氧樹脂增強(qiáng)墊、玻璃與鈑金連接用的玻璃膠等零件材料。這類零件為了滿足性能要求會(huì)使用瀝青、PVC和環(huán)氧樹脂等材料，同時(shí)為了保證施工便利性，材料中添加了大量小分子助劑和有機(jī)溶劑，導(dǎo)致材料氣味質(zhì)量普遍較差。

這類輔料與乘客艙之間雖然有內(nèi)飾材料隔斷，但是在設(shè)計(jì)上或裝配過程中內(nèi)飾零件間的匹配處存在縫隙，如主地毯和門檻搭接部位、BC柱上的前排安全帶出口、地毯開孔部位(線束及風(fēng)道的通道)等。輔料氣味物質(zhì)分子會(huì)通過縫隙持續(xù)擴(kuò)散至乘客艙，對車內(nèi)氣味產(chǎn)生較大影響，在特定環(huán)境下這類材料氣味對車內(nèi)氣味貢獻(xiàn)率超過內(nèi)飾零件的貢獻(xiàn)率。

1.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響

一些車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致車內(nèi)輔料氣味、備胎氣味及外界氣味進(jìn)入車內(nèi)，導(dǎo)致車內(nèi)氣味異常。車內(nèi)側(cè)圍金屬門檻、金屬尾門等零件采用成型鋼，為滿足整車的防腐性能需要進(jìn)行噴蠟對零件內(nèi)腔進(jìn)行防護(hù)。防腐蠟含有較多溶劑，其氣味及VOC質(zhì)量均較差。側(cè)圍門檻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上沒有采取密封設(shè)計(jì)，導(dǎo)致車身噴蠟氣味從內(nèi)飾門檻安裝孔、BC柱空洞逸散至乘客艙(見圖1)。

圖1 門檻空腔噴蠟氣味溢出通道

部分車型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為乘客艙和行李艙可連通，如果備胎艙非密封設(shè)計(jì)，會(huì)導(dǎo)致備胎的橡膠酸臭氣味進(jìn)入行李艙，并通過連通通道逸散進(jìn)乘客艙，導(dǎo)致車內(nèi)氣味異常(見圖2)。

圖2 備胎氣味從后排座椅下溢出至乘客艙

2 環(huán)境因素對車內(nèi)氣味的影響

在零件及材料固定的情況下，整車內(nèi)的氣味大小及類型也并非恒定，它隨著車內(nèi)的溫度、濕度、陽光照射幅度、車輛密閉時(shí)間的變化而變化。

溫度對材料氣味的散發(fā)影響最明顯，在一定范圍內(nèi)升高溫度材料散發(fā)的氣味會(huì)隨之增強(qiáng)。整車在室外放置時(shí)，在陽光作用下車內(nèi)溫度會(huì)顯著升高，車內(nèi)高分子材料中的小分子大量揮發(fā)，濃度會(huì)增加數(shù)倍，導(dǎo)致氣味明顯增加。同時(shí)也會(huì)造成車內(nèi)溫度分布不均勻，在陽光直射的表面溫度會(huì)偏高，如儀表板表面、衣帽架、門板上裝等部位，在這種情況下這些溫度較高的零件釋放的氣味對車內(nèi)氣味的貢獻(xiàn)會(huì)明顯增加。而在同樣氣溫條件的室內(nèi)環(huán)境中，車內(nèi)的氣味強(qiáng)度和類型會(huì)明顯不同。以25 ℃時(shí)車內(nèi)甲醛質(zhì)量濃度為基準(zhǔn)，車內(nèi)甲醛濃度隨溫度的變化趨勢見圖3(其中，相對質(zhì)量濃度為車內(nèi)甲醛質(zhì)量濃度與25 ℃時(shí)車內(nèi)甲醛質(zhì)量濃度的比)。

圖3 車內(nèi)甲醛濃度與溫度的關(guān)系

車輛密閉時(shí)間增加會(huì)使車內(nèi)氣味發(fā)生變化，隨著密閉時(shí)間的延長車內(nèi)高分子材料揮發(fā)出的小分子濃度會(huì)逐漸增加，氣味強(qiáng)度也會(huì)增強(qiáng)。隨著密閉時(shí)間逐漸延長，車內(nèi)里層內(nèi)飾材料和輔料氣味對車內(nèi)氣味的影響會(huì)越來越明顯，車內(nèi)氣味類型也會(huì)發(fā)生變化。

3 車內(nèi)氣味管控

通過以上環(huán)節(jié)分析，確認(rèn)內(nèi)飾材料及輔料、零件加工工藝及車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等均會(huì)對車內(nèi)氣味產(chǎn)生影響，根據(jù)影響程度及氣味產(chǎn)生機(jī)理，認(rèn)為車內(nèi)氣味質(zhì)量應(yīng)從原材料、工藝、結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行管控。

3.1 原材料選用

零件氣味應(yīng)在材料方面進(jìn)行改進(jìn)，在乘客艙零件設(shè)計(jì)過程中采用低VOC、低氣味的材料或牌號。如：PP木粉板有明顯的木粉氣味，使用塑料板替代該材料；采用低VOC、低氣味牌號的聚甲醛(POM)材料，如寶理塑料低氣味聚甲醛材料(尾標(biāo)標(biāo)示為LV)、杜邦塑料低氣味POM材料(尾標(biāo)標(biāo)示為PE)等；儀表板上體采用PU表皮替代搪塑PVC表皮材料；膠水應(yīng)用方面，采用水性膠粘劑和熱溶膠粘劑替代溶劑型膠水，如水性丙烯酸酯膠水、水性PU膠水和熱熔膠等；PP改性材料選擇普利特低氣味材料(尾標(biāo)為LLE)；聚碳酸酯和丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物(PC/ABS)合金材料選用錦湖日麗的低氣味“塑可凈”品牌等。乘客艙內(nèi)零件禁止采用氣味及VOC差的酚醛樹脂類材料、廢棉氈材料、聚苯乙烯(EPS)發(fā)泡材料等。車身輔料選擇低散發(fā)材料，如阻尼墊選擇丁基橡膠或水性可噴涂材料(LASD)替代瀝青阻尼材料，PVC焊縫膠選擇無溶劑型等。

3.2 工藝選用

選用低氣味的工藝，避免在工藝過程中增加零件的氣味，如：使用低壓注塑替代膠水黏結(jié)工藝、使用超聲波焊接代替膠水黏結(jié)工藝、使用膠膜或熱熔膠復(fù)合工藝替代火焰復(fù)合工藝等；注塑、擠出工藝溫度不能過高，需控制在合理范圍內(nèi)，姜思維[6]研究發(fā)現(xiàn)PP改性料采用210 ℃以內(nèi)的低溫注塑方式可以改善氣味。

面板普遍采用水轉(zhuǎn)印及噴漆等工藝，雖然提升了整車內(nèi)部的美觀及舒適性，但是增大了車內(nèi)氣味惡化的風(fēng)險(xiǎn)。為了控制和預(yù)防氣味超標(biāo)，在工藝上應(yīng)增加后期處理工藝，如高溫養(yǎng)護(hù)處理。目前，較多零件通過后期的放置或加熱的方式來降低零件氣味，如膠水包覆零件、真木、油漆件等。后處理方式是彌補(bǔ)原料及工藝控制方面的不足，末端增加降低氣味的措施，但由于后期處理的方式存在較多的不可控因素(如供應(yīng)商執(zhí)行程度等)，氣味質(zhì)量穩(wěn)定性存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

零件的結(jié)構(gòu)會(huì)影響材料加工工藝。注塑零件的模具設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合Moldflow等注塑成型仿真工具來對型腔尺寸、澆口位置及尺寸、流道尺寸和冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定最佳的模具溫度、熔體溫度、注射時(shí)間、注射壓力、保壓壓力等。這些工藝參數(shù)對改善制件的氣味非常有幫助[7]。

在整車結(jié)構(gòu)方面，工程設(shè)計(jì)人員與氣味管控人員應(yīng)在整車開發(fā)初期對車內(nèi)氣味通道進(jìn)行分析模擬，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上對氣味通道進(jìn)行隔斷，如備胎艙密封設(shè)計(jì)、側(cè)圍門檻空腔密封設(shè)計(jì)及熱源部位避開散發(fā)大的零件等。

4 結(jié)語

通過以上3個(gè)方面的管控對氣味源頭進(jìn)行控制，并對各個(gè)階段的零件及整車進(jìn)行氣味質(zhì)量認(rèn)可，整車的氣味質(zhì)量能夠滿足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。針對氣味有特殊要求的車型，在以上管控基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步分析整車氣味貢獻(xiàn)大的零件并進(jìn)行針對性的優(yōu)化提升；同時(shí)，為了減少環(huán)境溫度及密閉時(shí)間對車內(nèi)氣味的影響，可在車控系統(tǒng)上增加空調(diào)自動(dòng)外循環(huán)通風(fēng)功能。整車量產(chǎn)后定期對氣味質(zhì)量穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)控，保證車內(nèi)氣味穩(wěn)定，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

乘用車內(nèi)氣味來源復(fù)雜，車內(nèi)飾零件及材料是車內(nèi)氣味的主要來源，車身輔料是次要來源，還有零件表面污染及車子加裝材料也是氣味的重要來源。但車內(nèi)氣味的主要貢獻(xiàn)源并不固定，如車身輔料也可能成為車內(nèi)最主要的氣味源。管控車內(nèi)氣味需要對癥下藥，如整車開發(fā)前期選擇低散發(fā)、低氣味的材料和工藝，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)封閉住氣味源，控制生產(chǎn)過程污染等。