干法頂蓋內(nèi)飾板揮發(fā)性有機(jī)化合物性能改進(jìn)

薛振榮 郭青

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心；河北省汽車工程技術(shù)研究中心）

2012年3月1日，國家環(huán)保部及國家質(zhì)檢總局聯(lián)合發(fā)布、實(shí)施GB/T27630—2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價(jià)指南》，規(guī)定以苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、乙醛及丙烯醛8項(xiàng)物質(zhì)作為研究對象，表明車內(nèi)環(huán)境品質(zhì)問題引起了國家政府相關(guān)部門的高度重視。頂蓋內(nèi)飾板作為整車內(nèi)飾不可或缺的系統(tǒng)，隨著消費(fèi)水平的提升，主機(jī)廠在頂蓋內(nèi)飾板的設(shè)計(jì)以及用材上不斷進(jìn)行提升，材料種類將變得更為多元化，同時(shí)對整車揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的貢獻(xiàn)度也加大?；谝陨蠁栴}，文章通過靜態(tài)測試方法解決干法頂蓋內(nèi)飾板因膠黏劑引起的VOC超標(biāo)問題，通過對整改后的膠黏劑的驗(yàn)證與實(shí)施，使得干法頂蓋內(nèi)飾板VOC性能滿足要求，對整車的車內(nèi)環(huán)境質(zhì)量提升具有重要作用。

1 干法頂蓋內(nèi)飾板VOC含量的檢測與結(jié)果

為了更好地研究干法頂蓋內(nèi)飾板VOC散發(fā)，采用靜態(tài)散發(fā)檢測手段，使用2 000 L袋子法在60℃、2 h的試驗(yàn)條件下采集干法頂蓋內(nèi)飾板揮發(fā)性有機(jī)物，通過HPLC（高效液相色譜儀）及GC-MS（氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀）對產(chǎn)品中苯、甲苯、甲醛及乙醛等8項(xiàng)物質(zhì)進(jìn)行分析，最終計(jì)算出干法頂蓋內(nèi)飾板VOC含量[1]。按照原設(shè)計(jì)方案VOC的測試結(jié)果，如圖1所示。

圖1 干法頂蓋內(nèi)飾板原方案VOC散發(fā)結(jié)果與技術(shù)要求對比

從圖1中可以看出，干法頂蓋內(nèi)飾板測試出的結(jié)果與該產(chǎn)品性能要求相比較，除甲苯散發(fā)量超標(biāo)以外，其他7項(xiàng)物質(zhì)均滿足性能要求。

2 干法頂蓋內(nèi)飾板性能改進(jìn)

2.1 干法頂蓋內(nèi)飾板成型工藝

干法頂蓋內(nèi)飾板的制造主要是將PU復(fù)合板材加熱到180～200℃，使之達(dá)到塑性狀態(tài)，然后將其放入模具，在模具中與針織復(fù)合面料壓制成型為頂蓋內(nèi)飾板本體，然后在頂蓋內(nèi)飾板天窗口位置用膠黏劑粘接加強(qiáng)框[2]。工藝流程如下：PU復(fù)合板（半硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡復(fù)合板材）上料→加熱→上針織復(fù)合面料→復(fù)合模壓（冷模）→水切割→膠黏劑粘接加強(qiáng)框（鍍鋅板）。通過了解現(xiàn)場干法頂蓋內(nèi)飾板的生產(chǎn)過程，將干法頂蓋內(nèi)飾板VOC超標(biāo)鎖定為主輔料的選擇問題。

2.2 干法頂蓋內(nèi)飾板主輔料VOC性能測試

對干法頂蓋內(nèi)飾板的主輔料進(jìn)行VOC性能測試，如表1所示。從表1可以看出，膠黏劑的甲苯揮發(fā)值最大，綜合以上分析，此次對干法頂蓋內(nèi)飾板VOC性能改進(jìn)的主要方向?yàn)槟z黏劑的優(yōu)化。

表1 干法頂蓋內(nèi)飾板主輔料VOC性能測試結(jié)果 μg

2.3 膠黏劑散發(fā)分析

干法頂蓋內(nèi)飾板上所使用的膠黏劑為溶劑型氯丁橡膠，是由有機(jī)溶劑使氯丁橡膠和填充樹脂等組分溶解制成。通過查看現(xiàn)使用膠黏劑的MSDS（安全技術(shù)說明書）得知膠黏劑的成分包含甲苯、丙酮、正己烷及氯丁橡膠，各成分的體積分?jǐn)?shù)分別為20%，25%，30%，25%。

溶劑的首要作用是使氯丁橡膠完全溶解，并保持膠液的黏度穩(wěn)定性，這都取決于溶劑的溶解能力。溶劑溶解能力的大小取決于溶解度參數(shù)和氫鍵指數(shù)及二者的配合[3]。溶解度參數(shù)定義為內(nèi)聚能密度的平方根，一般規(guī)律是溶解度參數(shù)相近者則相溶，溶解度參數(shù)可以計(jì)算出來或從有關(guān)手冊中查得；氫鍵指數(shù)是表示分子間氫鍵結(jié)合的強(qiáng)弱，這種氫鍵結(jié)合力對溶解影響很大。溶劑中的甲苯因與氯丁橡膠溶解度參數(shù)接近，起到溶解氯丁橡膠的作用。經(jīng)過與膠黏劑供應(yīng)商進(jìn)行分析與驗(yàn)證，采用溶解度參數(shù)與氫鍵指數(shù)加合的方法計(jì)算出混合溶劑各組分的配比，確定以乙酸乙酯與環(huán)乙烷的混合溶劑代替甲苯，作為膠黏劑VOC性能優(yōu)化方案，溶劑具體參數(shù)，如表2所示。

表2 膠黏劑溶劑的品種與性能

2.4 優(yōu)化后膠黏劑驗(yàn)證

取5 g優(yōu)化后的膠水小樣噴涂在鋁箔上，放入50 L袋子進(jìn)行測試，測試結(jié)果表明，優(yōu)化后膠黏劑甲苯揮發(fā)量為0.8 μg。通過測試結(jié)果可知，用乙酸乙酯與環(huán)乙烷的混合溶劑代替甲苯后，可大幅度降低膠黏劑中甲苯揮發(fā)，對提升干法頂蓋內(nèi)飾板VOC性能具有重要作用。

3 設(shè)計(jì)驗(yàn)證

干法頂蓋內(nèi)飾板的VOC性能優(yōu)化解決方案為優(yōu)化膠黏劑，用乙酸乙酯與環(huán)乙烷的混合溶劑代替甲苯，采用改進(jìn)后的設(shè)計(jì)方案，最終干法頂蓋內(nèi)飾板VOC性能測試與技術(shù)要求對比，如圖2所示。

圖2 干法頂蓋內(nèi)飾板改進(jìn)后VOC散發(fā)結(jié)果與技術(shù)要求對比

從圖2可以看出，膠黏劑優(yōu)化后，干法頂蓋內(nèi)飾板的VOC性能有了很大改善，8項(xiàng)物質(zhì)散發(fā)均達(dá)到了技術(shù)要求。為進(jìn)一步確認(rèn)膠水改進(jìn)后產(chǎn)品在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用可行性，對改進(jìn)后的干法頂蓋內(nèi)飾板物理性能進(jìn)行了全方位的測試，具體測試結(jié)果，如表3所示。

表3 膠黏劑優(yōu)化后干法頂蓋內(nèi)飾板物理性能測試結(jié)果

從表3可以看出，通過更換膠黏劑中的溶劑，頂蓋內(nèi)飾板VOC性能優(yōu)化后，其各方面物理性能仍可滿足技術(shù)要求，具有應(yīng)用可行性。

4 結(jié)論

文章通過對干法頂蓋內(nèi)飾板主輔料的VOC散發(fā)分析與驗(yàn)證，明確并改進(jìn)了膠黏劑的VOC性能。溶劑型氯丁膠黏劑具有性能優(yōu)異、用途廣泛和價(jià)格低廉等優(yōu)勢，溶劑的不同成分往往決定膠黏劑是否滿足VOC揮發(fā)要求。在滿足溶劑溶解氯丁橡膠的前提下，用乙酸乙酯與環(huán)乙烷的混合溶劑替換甲苯膠黏劑能使VOC散發(fā)得到有效控制，從而使干法頂蓋內(nèi)飾板VOC散發(fā)滿足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，對其他使用氯丁型膠黏劑的內(nèi)飾件VOC性能提升具有重要指導(dǎo)作用。