汽車(chē)座椅泡棉產(chǎn)品VOC 排放控制研究

關(guān)鍵詞：汽車(chē)座椅;泡棉;揮發(fā)性有機(jī)化合物;聚氨酯

0引言

研究表明，來(lái)自汽車(chē)內(nèi)飾零部件的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VoIatiIe Organic Cornpounds，簡(jiǎn)稱“VOC”）是影響車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量的主要原因之一。大多數(shù)汽車(chē)內(nèi)飾零部件中都含有一定量的VOC，它們主要是醛類(lèi)、苯類(lèi)、酚類(lèi)和酮類(lèi)方面的物質(zhì)，這些物質(zhì)的沸點(diǎn)，通常都在50～260℃。當(dāng)汽車(chē)內(nèi)的溫度，達(dá)到這些物質(zhì)的沸點(diǎn)時(shí)，這些揮發(fā)性物質(zhì)，就會(huì)逐步釋放出來(lái)。這些揮發(fā)物，不僅會(huì)在前擋風(fēng)玻璃上會(huì)形成霧，影響駕駛員的視線，更多的會(huì)對(duì)乘員的身體造成傷害。

本文重點(diǎn)從座椅泡棉的原材料配方著手，通過(guò)理論分析，闡述座椅泡棉中揮發(fā)性有機(jī)合成物的來(lái)源，控制和改善依據(jù)。通過(guò)搭建模型，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化汽車(chē)座椅泡棉中揮發(fā)性有機(jī)化合物的揮發(fā)量，達(dá)到汽車(chē)整車(chē)廠的要求。

1理論分析

汽車(chē)座椅泡棉產(chǎn)品一般都會(huì)選用聚氨酯體系材料，這是因?yàn)檫@種材料龐大的體積，可以引起較大的鏈間位阻，所以，使材料具有較高的抗撕裂強(qiáng)度。聚氨酯彈性體，基本上屬于具有線性分子特征的熱塑料樹(shù)脂，但也可以由多功能團(tuán)擴(kuò)鏈劑等方式引入一定程度的交聯(lián)。適當(dāng)?shù)慕宦?lián)，可以改善材料的物理機(jī)械性能，從而提高聚氨酯材料的耐水性和耐候性。所以，聚氨酯體系材料具有熱塑性好、強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)率大、回彈性好、耐磨、耐油、耐溶劑、耐老化以及耐低溫等性能優(yōu)點(diǎn)。

筆者所在團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)研究了某美系整車(chē)廠商的材料性能要求以后發(fā)現(xiàn)，整車(chē)廠商對(duì)于汽車(chē)泡棉產(chǎn)品的要求，主要集中在密度、硬度、耐疲勞（抗撕扯強(qiáng)度）、耐老化以及揮發(fā)物的濃度等指標(biāo)上。這些指標(biāo)與聚氨酯的特性可以說(shuō)是完全吻合。再考慮到我國(guó)聚氨酯產(chǎn)業(yè)布局已經(jīng)成型，聚氨酯體系原材料的采購(gòu)價(jià)格已經(jīng)具有相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)力，所以說(shuō)聚氨酯體系的材料，可以完美地滿足整車(chē)廠商對(duì)于汽車(chē)座椅泡棉產(chǎn)品的性能要求。

2汽車(chē)座椅VOC排放檢測(cè)模型的建立

那么能否搭建起一個(gè)模型，對(duì)聚氨酯體系材料的揮發(fā)物，做到一個(gè)量化的檢測(cè)分析和控制呢？

對(duì)汽車(chē)座椅泡棉原材料的分析得知，制作汽車(chē)座椅泡棉的所有原材料，包括主劑（聚醚多元醇和聚合物多元醇）、助劑和膠水等，都會(huì)揮發(fā)VOC。那么可以假設(shè)：汽車(chē)泡棉成品的VOC排放，肯定是來(lái)源于制作汽車(chē)座椅泡棉產(chǎn)品所需的原材料上。是否可以通過(guò)量化控制原材料的VOC排放量，從而達(dá)到量化控制汽車(chē)座椅泡棉成品的VOC排放量呢？

如果上述假設(shè)成立，就能夠搭建出一個(gè)模型理論：量化控制單位原材料的VOC排放種類(lèi)和排放量，即可量化控制汽車(chē)泡棉成品的VOC排放種類(lèi)以及排放量。

為了驗(yàn)證這一假設(shè)，筆者所在團(tuán)隊(duì)通過(guò)一些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，來(lái)進(jìn)行初步的驗(yàn)證。驗(yàn)證的步驟如下。

（1）量化地獲得制作汽車(chē)座椅泡棉產(chǎn)品所需原材料的VOC排放量，計(jì)算出各種原材料占VOC整體排放量的比重。

（2）通過(guò)更改原材料的比重，甚至更換原材料種類(lèi)的方式，量化地獲得更改原材料配方之后的VOC整體的排放量。

（3）通過(guò)比較前2個(gè)步驟的實(shí)驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)，對(duì)汽車(chē)泡棉成品的VOC排放量中，其中任一指標(biāo)的來(lái)源，追溯到原材料層面。

（4）通過(guò)更新相應(yīng)的原材料，來(lái)降低汽車(chē)泡棉成品的VOC排放，達(dá)到相應(yīng)的規(guī)范要求。

通過(guò)對(duì)用量大的原料進(jìn)行替代試驗(yàn)（如各類(lèi)多元醇），對(duì)用量小的原料等進(jìn)行增量試驗(yàn)（如助劑），再通過(guò)實(shí)驗(yàn)完成自由發(fā)泡，進(jìn)行VOC分析，針對(duì)所得數(shù)據(jù)可以確定此原料對(duì)VOC的貢獻(xiàn)。之后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，然后匯總有機(jī)化合物的來(lái)源，判斷是否超標(biāo)，以及提出改善計(jì)劃。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，量化控制單位原材料的原材料VOC的排放種類(lèi)和排放量，即可量化控制汽車(chē)泡棉成品的VOC排放種類(lèi)以及排放量這一模型理論成立。

3汽車(chē)座椅VOC排放控制實(shí)例介紹

筆者公司受邀參與上汽集團(tuán)乘用車(chē)公司新架構(gòu)乘用車(chē)平臺(tái)座椅發(fā)泡研究項(xiàng)目。通過(guò)對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，上汽集團(tuán)乘用車(chē)公司的標(biāo)準(zhǔn)SMTC5400018，和上汽通用的標(biāo)準(zhǔn)TS-BD-003非常類(lèi)似。因此可以推論，上汽集團(tuán)乘用車(chē)公司在制定該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可能參考了上汽通用的標(biāo)準(zhǔn)。因此，實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備以目前已經(jīng)批量供給上汽通用的汽車(chē)座椅泡棉材料配方為基礎(chǔ)，搭建原始配方模型，記錄對(duì)應(yīng)的原始數(shù)據(jù)，并在此模型基礎(chǔ)上進(jìn)行理論有效性的驗(yàn)證。

為了論證模型，試驗(yàn)中采用苯和甲苯含量比較低的聚醚多元醇和聚合物多元醇原材料進(jìn)行對(duì)比測(cè)試;脫模劑統(tǒng)一更換為某品牌的水性脫模劑，揮發(fā)物含量低。測(cè)試結(jié)果顯示：樣品中僅甲苯含量超標(biāo)，對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)要求僅僅超標(biāo)10%左右。基于此結(jié)果，實(shí)驗(yàn)室決定堅(jiān)持以已經(jīng)批量供給上汽通用的汽車(chē)座椅泡棉材料配方為基礎(chǔ)，在此配方技術(shù)上，通過(guò)減少聚合物多元醇的使用量來(lái)進(jìn)一步降低產(chǎn)品中甲醛以及其他有機(jī)揮發(fā)物的含量。

根據(jù)計(jì)劃，重新調(diào)整設(shè)定了原料配方，并根據(jù)配方制作泡棉樣件，送到上汽集團(tuán)乘用車(chē)公司認(rèn)可的第三方測(cè)試機(jī)構(gòu)，讓企業(yè)來(lái)進(jìn)行最終的檢測(cè)。

檢測(cè)結(jié)果顯示，所有的檢測(cè)項(xiàng)目都在上汽集團(tuán)乘用車(chē)公司標(biāo)準(zhǔn)限值之內(nèi)（表1）。因此成功論證了之前提出的模型理論：量化控制單位原材料的原材料VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）的排放種類(lèi)和排放量，即可量化的控制汽車(chē)泡棉成品的VOC排放種類(lèi)以及排放量。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析

4.1搭建框架的理論基礎(chǔ)

座椅發(fā)泡產(chǎn)品中，VOC的排放主要來(lái)源于以下方面：甲苯超標(biāo)主要來(lái)源于聚合物多元醇和脫模劑;苯乙烯超標(biāo)主要來(lái)源于聚合物多元醇;乙醛超標(biāo)主要來(lái)源于聚合物多元醇。

4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（1）對(duì)于無(wú)論是聚合物多元醇還是聚醚多元醇，如果重新選擇了無(wú)苯酚、低苯乙烯或低醛類(lèi)的聚合物多元酯材料，與無(wú)苯酚、低醛類(lèi)的聚醚多元醇材料相混合，最后生產(chǎn)出來(lái)的汽車(chē)座椅泡棉產(chǎn)品中關(guān)于苯類(lèi)、醛類(lèi)和乙烯類(lèi)等有機(jī)化合物的揮發(fā)量才可能顯著降低。所以，產(chǎn)品原材料對(duì)于聚合物多元醇和聚醚多元醇的選擇非常關(guān)鍵因素。

（2）為了避免大批量產(chǎn)生VOC排放超標(biāo)的不合格汽車(chē)座椅泡棉產(chǎn)品，必須在量產(chǎn)之前，對(duì)于混料之前的原材料分別進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)。具體的檢測(cè)方法，可以采用替換主劑對(duì)比檢測(cè)數(shù)值方法，和加倍助劑對(duì)比檢測(cè)數(shù)值方法，來(lái)推算并鎖定檢測(cè)指標(biāo)中的有機(jī)化合物排放源，究竟源于哪一種原材料。

5結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)建立以上模型，可以在配方制定初期，就能控制有機(jī)化合物排放的潛在源頭，最大程度保證了汽車(chē)座椅發(fā)泡成品中，VOC有機(jī)化合物檢測(cè)結(jié)果符合汽車(chē)主機(jī)廠的要求。

除此之外，在生產(chǎn)過(guò)程中，還加強(qiáng)過(guò)程工藝監(jiān)控，保證工藝過(guò)程最佳參數(shù)。通過(guò)監(jiān)控生產(chǎn)中量產(chǎn)發(fā)泡棉產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性，提升一次合格率，減少膠水使用量，也是降低汽車(chē)座椅發(fā)泡成品的VOC有機(jī)化合物排放的一個(gè)重要因素。