自制高溫烘烤機(jī)及其降低汽車內(nèi)飾織物氣味的應(yīng)用

薄美飛 孫碧霞 殷 升

上海新紡聯(lián)汽車內(nèi)飾有限公司(中國)

近年來消費(fèi)者關(guān)于乘用車氣味問題的投訴日益增多。被人們的嗅覺器官所感知到的車內(nèi)氣味源自車內(nèi)各類零部件所使用的材料揮發(fā)出來彌散在車內(nèi)的空氣中的小分子[1]。為進(jìn)一步加強(qiáng)乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量控制，2011年中國環(huán)境保護(hù)部和質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布了GB/T 27630—2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》，且在此基礎(chǔ)上于2016年發(fā)布了GB 27630—201X《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿。由推薦性標(biāo)準(zhǔn)改成強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)意味著未來氣味、揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)未通過測(cè)試的車輛將面臨強(qiáng)制召回，這對(duì)中國所有汽車主機(jī)廠提出了更高要求。各大汽車主機(jī)廠陸續(xù)開始推進(jìn)各級(jí)供應(yīng)商開展改善氣味、減少VOC的工作。

汽車頂棚內(nèi)飾織物通常由聚氨酯軟泡與針織物復(fù)合而成，其難聞氣味主要源于聚氨酯軟泡制備中殘留的醛、苯乙烯等揮發(fā)性單體，叔胺類催化劑，泡沫穩(wěn)定劑及通過燃燒聚氨酯軟泡使其與針織物復(fù)合過程中產(chǎn)生的焦糊味[2-3]。目前，低氣味環(huán)保材料受聚氨酯發(fā)泡工藝影響，尚待開發(fā)上市。為滿足汽車內(nèi)飾織物低氣味甚至無味要求，本文針對(duì)現(xiàn)有原料——帶聚氨酯軟泡的復(fù)合針織物，選用簡(jiǎn)便易行的高溫烘烤方法，加速聚氨酯軟泡材料中的可揮發(fā)性小分子的揮發(fā)，從而達(dá)到降低氣味的目的。

1 試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

目前氣味評(píng)價(jià)方法主要是人工嗅覺評(píng)價(jià)法。人工嗅覺法是將高分子材料置于一定的溫濕度密閉條件下老化處理一段時(shí)間，待其散發(fā)出氣味后，再由具有資質(zhì)的評(píng)價(jià)者進(jìn)行嗅辨評(píng)級(jí)打分。氣味是揮發(fā)性物質(zhì)刺激人體的鼻腔嗅覺神經(jīng)后在中樞神經(jīng)中引起的一種感覺[4]。嗅覺比味覺要靈敏約10 000倍。人類從嗅辨物質(zhì)氣味到產(chǎn)生感覺，僅需約0.2 s[5]，且對(duì)不同臭氣物質(zhì)的感覺閾值不同。圖1總結(jié)了各大車企對(duì)頂棚氣味的測(cè)試方法及要求。各大車企的測(cè)試方法：將待測(cè)物置于氣味瓶中，在60～80 ℃下靜置一定時(shí)間(模擬汽車在夏日暴曬)，促使待測(cè)物中有機(jī)物揮發(fā)，產(chǎn)生各種氣味，再由人工嗅辨確定氣味強(qiáng)度等級(jí)。

表1 各大車企的氣味測(cè)試方法

2 試驗(yàn)部分

2.1 氣味測(cè)試方法

盡管各大車企都有自己的氣味測(cè)試及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，但目前運(yùn)用較廣的是德系標(biāo)準(zhǔn)，即大眾汽車公司的PV 3900—2000《汽車內(nèi)部的部件 氣味檢驗(yàn)》，其主要內(nèi)容如圖1所示。

本文按照大眾汽車公司的PV 3900—2000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行氣味測(cè)試和評(píng)價(jià)。織物的取樣面積為200 cm2，氣味瓶體積為1 L。將織物放入氣味瓶中密封，在(80±2) ℃的條件下放置2 h，之后由嗅辨員評(píng)價(jià)氣味等級(jí)。氣味評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如圖1所示。

2.2 主要試驗(yàn)儀器

1 L氣味瓶，上海市匯析精密儀器有限公司；PH-250型烘箱，上海蘇盈試驗(yàn)儀器有限公司；高溫烘布機(jī)，自制。

圖1 大眾汽車公司PV 3900—2000測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

自制高溫烘烤機(jī)共4節(jié)烘箱，每節(jié)烘箱長(zhǎng)6 m，另有進(jìn)布區(qū)與出布區(qū)長(zhǎng)6 m，總長(zhǎng)為30 m。自制高溫烘烤機(jī)包括驅(qū)動(dòng)裝置、抽風(fēng)管道、風(fēng)機(jī)、加熱室、加熱元件、抽風(fēng)罩、吹風(fēng)罩等，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。驅(qū)動(dòng)裝置使織物進(jìn)入加熱室，加速織物中揮發(fā)性物質(zhì)揮發(fā)。

抽風(fēng)系統(tǒng)使高溫風(fēng)在烘布機(jī)內(nèi)循環(huán)，使織物均勻受熱。出風(fēng)口處的吹吸風(fēng)罩進(jìn)一步將輸送出來的織物表面附著的廢氣抽出，有效去除異味及VOC。同時(shí)，吹吸風(fēng)罩也可將織物表面溫度迅速降至常溫，無需靜置，從而縮短工時(shí)。

圖2 自制高溫烘烤機(jī)結(jié)構(gòu)示意

2.3 試驗(yàn)方案

采用上述自制高溫烘烤機(jī)對(duì)帶聚氨酯軟泡的復(fù)合針織物(以下簡(jiǎn)稱“織物”)進(jìn)行烘烤。通過調(diào)節(jié)設(shè)備溫度和車速控制織物烘烤時(shí)間。設(shè)備溫度分別設(shè)置為110、120、130、140、150 ℃，在每個(gè)溫度下，分別以6、8、10、12、14 m/min的車速對(duì)織物進(jìn)行烘烤。參照大眾汽車公司氣味測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)PV 3900—2000對(duì)烘烤前后的織物進(jìn)行氣味測(cè)試，為了區(qū)分氣味的細(xì)小差別，氣味評(píng)級(jí)分?jǐn)?shù)最小單位為0.05。

3 結(jié)果分析

織物在烘烤之前，經(jīng)測(cè)試得到氣味評(píng)級(jí)分?jǐn)?shù)為4.20，經(jīng)自制高溫烘烤機(jī)在不同溫度、車速下烘烤后，織物氣味評(píng)級(jí)分?jǐn)?shù)如表2所示。

表2 不同溫度與車速下烘烤后的織物的氣味評(píng)級(jí)分?jǐn)?shù)

表2數(shù)據(jù)顯示，織物在不同溫度與車速下經(jīng)烘烤處理后，氣味評(píng)級(jí)分?jǐn)?shù)均有所降低。這說明高溫烘烤的方式可除去軟泡中的部分氣味分子。當(dāng)車速為6～10 m/min時(shí)，隨著溫度從110 ℃升高至140 ℃，織物的氣味評(píng)級(jí)分?jǐn)?shù)先降低后上升。這是因?yàn)殡S著溫度的上升，織物中許多易揮發(fā)的氣味小分子加速運(yùn)動(dòng)，從織物中散發(fā)出來，并隨烘烤機(jī)的抽風(fēng)系統(tǒng)被帶走。當(dāng)溫度較高，織物中聚氨酯軟泡烘烤時(shí)間過久時(shí)，聚氨酯軟泡被烤出焦糊味，將導(dǎo)致氣味評(píng)級(jí)分?jǐn)?shù)上升。當(dāng)車速為14 m/min，溫度從110 ℃上升至140 ℃時(shí)，因車速較快，織物被烘烤的時(shí)間較短，因而溫度越高烘烤效果越好。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)溫度為130 ℃、車速為8或10 m/min及溫度為140 ℃、車速為14 m/min時(shí)，氣味可以接受，除味效果較好。

4 結(jié)語

采用自制高溫烘烤設(shè)備對(duì)帶聚氨酯軟泡織物進(jìn)行烘烤處理，降低了帶聚氨酯軟泡織物的氣味?？傮w而言，帶聚氨酯軟泡織物的氣味隨著烘烤溫度的升高先降低后增加?？椢锖婵具^久后會(huì)產(chǎn)生焦糊味。綜合考慮車速與溫度的經(jīng)濟(jì)成本與效益，較適宜的工藝條件：烘烤溫度為130 ℃、車速為10 m/min。