一種裝置對車內VOC和氣味的影響研究

馬立璞，馬國蓮，張忠輝，崔 冰 Ma Lipu，Ma Guolian，Zhang Zhonghui，Cui Bing

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一種裝置對車內VOC和氣味的影響研究

馬立璞，馬國蓮，張忠輝，崔 冰 Ma Lipu，Ma Guolian，Zhang Zhonghui，Cui Bing

（北京汽車研究總院有限公司 越野車研究院試驗部，北京 101300）

介紹影響車內VOC和氣味的來源和影響因素，針對車內VOC超標和氣味較重的情況，提出優(yōu)化方案，即在頂棚總成中放置VOC和氣味導出裝置，將車內產生的VOC和氣味及時導出到車外；選擇有代表性的3款車，對優(yōu)化前后的車內VOC和氣味進行試驗，并對試驗數據進行分析說明，驗證了優(yōu)化方案的有效性。

整車VOC；整車氣味；優(yōu)化方案

0 引 言

VOC（Volatile Organic Compounds，揮發(fā)性有機化合物）是影響車內空氣質量的重要原因，主要包括烷烴、烯烴、芳烴、醛類或酮類[1-2]等物質，具有特殊的刺激性氣味，而且部分已被列為致癌物。當車內VOC達到一定濃度時，短時間內人會感到頭痛、惡心等，嚴重時會出現抽搐，并會傷害到人的肝臟、腎臟、大腦和神經系統(tǒng)，對人體健康產生重大危害[3]。我國已經于2011年10月27日發(fā)布了GB/T 27630—2011《乘用車內空氣質量評價指南》，對乘用車室內VOC規(guī)定了限值[4-5]，該標準已于2017年列入汽車強檢項目，車內VOC滿足該標準后方可銷售，且適用召回條例，各大主機廠已采取措施加強對整車VOC限值的控制。

1 VOC和氣味來源及影響因素

1.1 VOC和氣味來源

VOC和氣味的來源主要有：

1）加工用助劑（添加劑）：在產品生產或加工過程中所需添加的各種輔助化學品，如發(fā)泡劑、增塑劑、抗氧劑、穩(wěn)定劑和阻燃劑等，主要存在于皮革、面料、發(fā)泡、隔音吸音材料等；

2）合成助劑：單體制備合成樹脂、合成橡膠等高分子材料過程所需要的助劑，如阻聚劑、引發(fā)劑、乳化劑和分散劑，主要指內飾零部件所用的膠黏劑類；

3）降解：高分子材料在熱氧作用下降解所產生的VOC，主要涉及注塑類零部件；

4）倉儲污染：倉儲環(huán)境中交叉污染。

1.2 VOC和氣味的來源分析

1.2.1 VOC和氣味貢獻量分析

對車內VOC和氣味貢獻量較多的汽車內飾零部件有副儀表板、車門板、地毯、頂棚（頂蓋）、隔音墊、座椅、線束等。

1.2.2 VOC和氣味來源分析

汽車內飾零部件VOC和氣味的主要污染物及來源見表1。

表1 主要污染物及來源

名稱主要污染物來源 地毯乙醛EVA發(fā)泡層 甲醛、苯系物膠黏劑 座椅甲苯、二甲苯、乙醛PUR 甲醛面料 紡織品甲醛面料生產助劑（阻燃、防皺劑） 塑料乙醛、甲醛PP原料 涂料甲苯、二甲苯合成樹脂

續(xù)表1

名稱主要污染物來源 工藝膠甲醛、苯系物溶劑 塑料產品芳香烴類氣味高分子中間體 橡膠產品硫磺類氣味硫化工藝引起 毛氈產品醛類刺激性氣味膠黏劑引起 瀝青產品芳香烴類氣味雜環(huán)類原料引起 皮革產品醛類刺激性氣味、動物皮毛類氣味附加劑引起 線束產品芳香烴類氣味增塑劑、潤滑劑引起 涂料產品溶劑類氣味添加劑引起

1.3 VOC和氣味的影響因素

車內VOC和氣味的影響因素多種多樣，大致歸為以下幾類。

1.3.1 選材因素

傳統(tǒng)材料，比如備胎蓋板常用的木粉板、麻纖維板，隔音墊用的再生PU、再生PET，阻尼板常用的瀝青，密封條常用的EPDM等傳統(tǒng)材料，往往會造成VOC超標、氣味性較大，但若采用PP長玻纖蜂窩板、純凈直立棉、雙組份棉、聚烯烴、TPO、TPE、天然生物基材料、聚丙烯材料、輕質GMT材料、淀粉、聚乳酸類、纖維素類生物工程塑料等環(huán)保材料，零部件的VOC和氣味會降低很多。

1.3.2 生產工藝

傳統(tǒng)工藝，如后備廂蓋板和隔音墊的膠水粘結工藝、頂棚的包邊膠黏工藝、側圍內飾板的真皮/面料包覆、扶手飾條的噴漆、模具中脫模劑防銹劑的使用、模溫高低、熟化時間、注塑溫度、注塑壓力等，都會影響VOC和氣味。

1.3.3 下線時間

隨著放置時間的增加，車內大部分VOC物質和氣味呈現下降趨勢，一個月左右后，VOC和氣味衰減速度減緩。

1.3.4 內飾零部件存儲方式

裝車前的零部件存放環(huán)境及存放時間是影響車內VOC和氣味的重要因素。延長零部件存放時間、保持適當存放間隔、加強通風、冬季提高存放環(huán)境溫度、合適的樣件包裝等均有利于VOC和氣味的釋放。

1.3.5 季節(jié)因素

夏日溫度較高，陽光暴曬后車內VOC和氣味急劇上升，令消費者難以接受；冬日溫度較低，日曬強度較小，車內VOC和氣味相對較弱。

車內VOC和氣味一旦出現不合格，整改方案要兼顧可操作性、成本可控性、技術可行性等，往往難度較大。選材和加工制造工藝一般量產后很難改變，下線時間和樣件存儲方式受主機廠裝車時間和數量限制難以操控，季節(jié)因素更是不可控。提出一種簡便易操作的改進方案，即在頂棚總成中放置一種VOC和氣味導出裝置，將車內產生的VOC和氣味及時導出至車外，以降低車內VOC和氣味。此改進方案避免了上述困難，并通過數據驗證了改進效果。

2 試驗設備介紹

試驗設備見表2。

表2 試驗設備

3 試驗方法及改進方案

選3款有代表性整車，試驗車輛信息見表3，分別在改進方案實施前后進行VOC和氣味檢測。

表3 車輛信息表

3.1 改進方案實施前

1）去除受檢車輛內部表面覆蓋物，并將受檢車輛放入采樣環(huán)境艙中；

2）將受檢車輛車門、車窗完全打開，靜置6 h；

3）安裝好采樣裝置，關閉所有的車門和車窗，車輛密封16 h；

4）采集車內樣品，用鋁箔紙密封，低溫（<4℃）保存；

5）由3名氣味評價員分別在左前、右前、后中座椅位置評價車輛氣味等級；

6）用GCMS（Gas Chromatography Mass Spectrometry，氣質聯(lián)用儀）和HPLC（High Performance Liquid Chromatography，高效液相色譜儀）對樣品進行檢測，確定VOC和TVOC含量。

3.2 改進方案的實施及成果

實施方案中車輛頂襯飾板總成主要由氣體通路、排風系統(tǒng)、氣體檢測裝置、溫度傳感器、排風電機、單向導通閥等構成；主要功用是通過在飾板本體上設置氣體通路，氣體通路內設置排風系統(tǒng)，氣體檢測裝置和溫度傳感器用于控制排風系統(tǒng)工作，以將車內空氣排到車外，保證車內空氣指標和車內溫度，保護乘車人員健康。

3.3 改進方案實施后

在車輛頂棚中安裝VOC和氣味導出裝置3天后，按照改進方案實施前的步驟檢測VOC含量和評價氣味等級。

4 試驗結果及數據分析

4.1 VOC的變化

3種車型優(yōu)化方案實施前、后的VOC對比，如圖1～3所示。

圖1 C級轎車車內VOC變化圖

圖2 小型SUV車內VOC變化圖

圖3 豪華越野車車內VOC變化圖

通過對比可以看出，優(yōu)化方案實施前，3款車型車內VOC較高，且部分物質超出了國標限值要求；優(yōu)化方案實施后，車內VOC顯著下降，且都低于國標限值要求。

3種車型優(yōu)化方案實施前、后的TVOC對比如圖4所示。

圖4 TVOC變化圖

優(yōu)化方案實施后，3款車型的TVOC均有大幅度下降。

4.2 氣味等級的變化

在車輛頂棚內部安裝VOC和氣味導出裝置后，氣味等級變化如圖5～7所示。

圖5 C級轎車氣味等級對比圖

圖6 小型SUV氣味等級對比圖

圖7 豪華越野車氣味等級對比圖

從圖中可以看出，采用改進方案后，轎車車內氣味等級下降0.5～1.0個等級，小型SUV車內氣味等級下降0.5～1.0個等級，豪華越野車車內氣味等級下降0.5～1.5個等級。可見，該優(yōu)化方案能夠較大幅度降低車內氣味。

5 結 論

1）通過試驗數據對比和分析，優(yōu)化方案的實施能夠顯著降低車內8項有毒有害物質，也能大幅減少車內的TVOC含量；

2）采用改進方案后，整車氣味等級平均下降1.0個等級，且豪華車型氣味等級下降明顯；

3）在頂棚中安裝VOC和氣味導出裝置，能夠將車內產生的VOC和氣味及時導出至車外，從而有效降低車內VOC和氣味等級；試驗結果證明該方案是一種良好的優(yōu)化方案。

6 試驗能力展望

目前VOC試驗能力已經初步建成，整車VOC環(huán)境艙的建成對現已開發(fā)、正在開發(fā)車型項目整車VOC試驗和氣味評價試驗，對整車車內空氣質量改善起到了很好的數據支持和促進產品開發(fā)的作用，推動了車內空氣質量的提升。隨著2018年實施的整車VOC限值強制標準及零部件VOC試驗標準征求意見稿，我國自主品牌各大汽車主機廠都在采取措施積極應對。因此，零部件VOC試驗已成為汽車產品開發(fā)過程中必不可少的重要環(huán)節(jié)，籌建零部件VOC采樣艙迫在眉睫。未來零部件采樣艙（具備環(huán)境模擬功能）的建成將完善現有試驗能力，將對開展非金屬內飾件的VOC試驗，包括樣件的開發(fā)和問題驗證，起到積極的促進作用，保證車輛的內飾環(huán)保性符合國標要求。

[1]陳振賀，方小丹，何萬清，等. 超高效液相色譜法測定餐飲油煙中的十五種醛酮[J]. 分析試驗室，2014，33（10）：1211-1215.

[2]周志軍，劉應希，曾俊寧，等. 空氣中13種醛酮類有機污染物的高效液相色譜同時測定法[J]. 環(huán)境與健康雜志，2005，22（4）：297.

[3]唐建輝，王新明，馮艷麗，等. 大氣中C1～C10羰基化合物的分析測定[J]. 分析化學研究簡報，2003，31（12）：1468-1472.

[4]乘用車內空氣質量評價指南征求意見稿：GB/T 27630—2016 [S].

[5]車內揮發(fā)性有機物和醛酮類物質采樣測定方法：HJ/T 400—2007[S].

2018-09-10

1002-4581（2018）06-0035-04

U463.83

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2018.06.011