車門內(nèi)護(hù)板VOC性能的改進(jìn)

薛振榮，王曉虎

(長城汽車股份有限公司，河北保定 071000)

車門內(nèi)護(hù)板VOC性能的改進(jìn)

薛振榮，王曉虎

(長城汽車股份有限公司，河北保定 071000)

為解決汽車車門內(nèi)護(hù)板揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)乙醛和二甲苯的散發(fā)量超標(biāo)問題, 從車門內(nèi)護(hù)板的各子結(jié)構(gòu)分析了污染物的來源，采用高效液相色譜儀與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對零件散發(fā)進(jìn)行檢測與分析。結(jié)果表明，車門內(nèi)護(hù)板中的上下本體造成了乙醛、二甲苯超標(biāo)，進(jìn)一步分析得知上下本體中聚丙烯粒子中添加的抗氧化劑與聚丙烯的降解對車門內(nèi)護(hù)板二甲苯和乙醛的貢獻(xiàn)最大。通過更改抗氧化劑和調(diào)整注塑溫度使車門內(nèi)護(hù)板滿足VOC性能要求，且車門內(nèi)護(hù)板的成型工藝不受影響。

車門內(nèi)護(hù)板；揮發(fā)性有機(jī)化合物；抗氧化劑；注塑溫度

0 引言

車內(nèi)空氣質(zhì)量直接影響人體健康，研究表明:來自內(nèi)飾零件的揮發(fā)性有機(jī)化合物(Volatile Organic Compounds,VOC)是影響車內(nèi)空氣質(zhì)量的主要原因之一。大多數(shù)內(nèi)飾零件中都含有一定量的揮發(fā)性有機(jī)化合物，它們主要是烷烴、烯烴、芳烴、乙醛或酮類的物質(zhì)，這些物質(zhì)的沸點(diǎn)通常在50～260 ℃之內(nèi)。當(dāng)氣溫達(dá)到一定高度時，這些揮發(fā)性物質(zhì)就會釋放出來，一方面會形成霧凝結(jié)在前擋風(fēng)玻璃上，從而影響駕駛員的視線;另一方面，這些揮發(fā)性物質(zhì)輕則使人頭疼、惡心，重則傷害人體的肝臟、腎臟、大腦和神經(jīng)系統(tǒng)。

車門內(nèi)護(hù)板是汽車內(nèi)飾中的重要部件，集功能性、裝飾性、安全性、舒適性于一身，與儀表板、立柱護(hù)板、座椅、頂篷、地毯搭配共同塑造了整車內(nèi)飾的協(xié)調(diào)一致性，能夠代表車輛內(nèi)飾的整體風(fēng)格和工藝水平。

車門內(nèi)護(hù)板一般由內(nèi)水切、上本體、中護(hù)板、扶手、下本體等主要部件構(gòu)成，具體如圖1所示。

圖1 車門內(nèi)護(hù)板結(jié)構(gòu)圖

1 車門內(nèi)護(hù)板VOC含量的檢測

1.1 檢測方法

以某車型為例,車門上下本體由PP材質(zhì)構(gòu)成，中護(hù)板、扶手為包覆結(jié)構(gòu)，骨架為ABS材料，表皮為PVC革；發(fā)泡層為聚氨酯海綿，內(nèi)水切為PVC材質(zhì)。

采用袋子法，在60 ℃、2 h的試驗(yàn)條件下用500 L袋子采集左前車門內(nèi)護(hù)板揮發(fā)性有機(jī)化合物，通過HPLC(High Performance Liguid Chromatography,高效液相色譜儀)及GC-MS(Gas Chromatography-Mass Spectrometry,氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀)對其中的苯、甲苯、甲醛和乙醛等8項(xiàng)物質(zhì)進(jìn)行分析，最終計(jì)算出車門內(nèi)護(hù)板VOC含量。

1.2 檢測結(jié)果

車門內(nèi)護(hù)板VOC測試結(jié)果如圖2所示。可以看出：車門內(nèi)護(hù)板測試出的結(jié)果與該產(chǎn)品性能要求相比較，除乙醛和二甲苯散發(fā)含量超標(biāo)以外，其他6項(xiàng)物質(zhì)均滿足性能要求。

圖2 車門內(nèi)護(hù)板VOC散發(fā)與車門內(nèi)護(hù)板VOC性能要求對比

2 車門內(nèi)護(hù)板VOC性能改進(jìn)

2.1 車門內(nèi)護(hù)板VOC來源分析

2.1.1 車門內(nèi)護(hù)板上下本體

車門內(nèi)護(hù)板上下本體為PP粒子注塑而成。對上下本體進(jìn)行VOC性能測試，采樣袋大小為500 L，結(jié)果如表1所示。從中看出：車門內(nèi)護(hù)板乙醛、二甲苯散發(fā)量上限分別為40、50 μg，而上下本體乙醛、二甲苯散發(fā)量分別為56.8、63.3 μg，散發(fā)數(shù)值高于標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 車門內(nèi)護(hù)板上下本體VOC性能測試結(jié)果 μg

注：N.D.表示未測出。

2.1.2 車門內(nèi)護(hù)板包覆零件

車門內(nèi)護(hù)板包覆零部件包括中護(hù)板和扶手，骨架為ABS注塑成型，包覆面料由PVC人造革與聚氨酯緩沖層組成。對中護(hù)板、扶手進(jìn)行VOC性能測試，采樣袋大小為500 L,測試結(jié)果如表2所示。

表2 中護(hù)板、扶手VOC性能測試結(jié)果 μg

2.1.3 內(nèi)水切

車門內(nèi)水切采用貼絨工藝，由PVC+鋼帶+絨帶構(gòu)成。對水切進(jìn)行VOC性能測試，采樣袋大小為500 L,測試結(jié)果如表3所示。

表3 車門內(nèi)水切VOC性能測試結(jié)果 μg

2.1.4 試驗(yàn)結(jié)論

綜上所述，引起車門內(nèi)護(hù)板乙醛和二甲苯散發(fā)量超標(biāo)的最大貢獻(xiàn)者為上下本體。

2.2 車門內(nèi)護(hù)板乙醛、二甲苯散發(fā)性能的分析及改進(jìn)

2.2.1 上下本體二甲苯散發(fā)性能的分析及改進(jìn)

車門內(nèi)護(hù)板上下本體成型過程是將干燥好的PP粒子加入注塑機(jī)料斗中，隨螺桿旋轉(zhuǎn)塑化成良好的熔體，在螺桿的推動下快速進(jìn)入模具型腔內(nèi)，經(jīng)保壓、冷卻成型。

PP粒子在貯存過程中，由于受熱、光照的催化作用，其表面逐漸發(fā)生變化，例如變色、發(fā)粘、變硬、發(fā)脆等，同時機(jī)械性能降低，伸長率等大幅度下降，這種現(xiàn)象稱為老化。為了抑制或延緩上述變化的進(jìn)程，人們在高分子聚合物的制備過程中加入一些能延緩其老化的化合物，這類化合物就是抗氧劑。

經(jīng)了解得知，車門上下本體中使用的抗氧劑為單酚抗氧劑BHT(4-甲基-2,6-二叔丁基苯酚)，分子鏈中含有苯環(huán)且分子量較低，揮發(fā)性和遷移性較大，導(dǎo)致產(chǎn)品注塑成型后二甲苯超標(biāo)。

改進(jìn)方案為選擇1010(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)的多酚類抗氧劑，這類抗氧劑分子量高不易揮發(fā)。將添加不同抗氧劑的PP粒子注塑成10 mm×20 cm的樣板放入50 L袋子進(jìn)行測試，改進(jìn)前、后的VOC數(shù)據(jù)對比如表4所示。表1是用500 L袋子做的實(shí)驗(yàn)，揮發(fā)量大，這個是用50 L袋子做的試驗(yàn)，揮發(fā)量小，實(shí)驗(yàn)方法不一致，所以導(dǎo)致改進(jìn)后的PP粒子沒有檢測到乙醛。

表4 抗氧化劑改進(jìn)前、后的VOC散發(fā)數(shù)據(jù) μg

2.2.2 上下本體乙醛散發(fā)性能的分析及改進(jìn)

PP分子鏈中的叔碳原子在受到光、氧、熱或機(jī)械的作用下會發(fā)生不同程度的老化降解，在注塑加工過程中，PP樹脂和助劑受熱熔融后易發(fā)生降解產(chǎn)生大量揮發(fā)性有機(jī)化合物。XIANG等[1]的研究結(jié)果則顯示:在加工過程中，高溫剪切所產(chǎn)生的各種自由基通過β斷裂以及雙分子的歧化反應(yīng)促進(jìn)PP的降解及新的功能基團(tuán)生成。其中，烷氧自由基和烷過氧自由基分別以β斷裂及雙分子歧化反應(yīng)產(chǎn)生醛和酮等產(chǎn)物。這些醛和酮類產(chǎn)物有一部分直接揮發(fā)到環(huán)境中，另一部分則殘留在PP制品中。

改進(jìn)方案為將原注塑溫度230 ℃控制在220 ℃左右，并增加烘料工藝(注塑前將粒子放入烘箱)。將不同注塑溫度注塑的樣板與烘料前后注塑的樣板分別放入50 L袋子進(jìn)行測試，VOC數(shù)據(jù)對比分別如表5、表6所示。

表5 不同注塑溫度的VOC散發(fā)數(shù)據(jù) μg

表6 烘料前、后的VOC散發(fā)數(shù)據(jù) μg

注：烘料條件為80 ℃、2 h。

3 改進(jìn)措施驗(yàn)證

用500 L袋子測試改進(jìn)后的車門內(nèi)護(hù)板VOC性能，并與技術(shù)要求對比，結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯觯鹤兏寡鮿┡c控制注塑溫度并增加烘料后，車門內(nèi)護(hù)板VOC性能有了很大改善，8項(xiàng)物質(zhì)散發(fā)性能均符合要求。

圖3 優(yōu)化后的車門內(nèi)護(hù)板VOC性能與技術(shù)要求對比

【1】XIANG Q，XANTHOS M，MITRA S，et al.Compariatile Eson of Volmissions and Structural Changes of Melt Reprocessed Polypropylene Resins[J].Advances in Polymer Technology,2002，21(4)：235-242.

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VOC Performance Improvement for Door Inside Guard Plate

XUE Zhenrong,WANG Xiaohu

(Great Wall Motor Co., Ltd., Baoding Hebei 071000, China)

The volatilized organic compounds (VOC) of acetaldehyde and dimethyl benzene from a door inside guard plate exceeds the criteria. In order to solve the problem, the sources of pollutants were analyzed from the substructures of the plate. The high performance liquid chromatography and gas chromatography-mass spectrometry were used to test and analyze the volatiles of the plate. Results show that the upper and lower bodies of the plate cause acetaldehyde and xylene exceed the criteria. Further it is known that antioxidants added in polypropylene particles of the upper and lower bodies of the plate and the degradation of polypropylene have the largest contribution to the xylene and acetaldehyde. By changing the antioxidants and adjusting the injection temperature,the requirements on door inside guard plate VOC performance are satisfied, and the door guard plate molding process is not affected.

Door inside guard plate; Volatile organic compounds(VOC);Antioxidants; Injection temperature

2016-12-09

薛振榮，男，本科，負(fù)責(zé)汽車內(nèi)飾零部件低氣味低VOC技術(shù)開發(fā)。E-mail:398678571@qq.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.04.018

U463.83+3

B

1674-1986(2017)04-070-03