汽車座艙環(huán)境揮發(fā)性有機物測試研究

顧娟，溫旭光

（1.吉利汽車研究院（寧波）有限公司，寧波 315336；2.浙江吉利控股集團有限公司，寧波 310051）

引言

隨著消費者環(huán)保意識的增強，打造健康環(huán)保的汽車座艙環(huán)境已成為汽車企業(yè)的共同追求。汽車座艙環(huán)境空氣污染物主要來源于車內(nèi)零部件如座椅、儀表板、車門內(nèi)飾板、地毯、頂蓋內(nèi)飾板等內(nèi)飾材料中釋放出的揮發(fā)性有機化合物（VOC），如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛等。針對座艙環(huán)境VOC管控，國內(nèi)外均出臺了相應(yīng)的法規(guī)來約束汽車企業(yè)優(yōu)化材料選型、提升綠色制造水平，比較有代表性的有ISO 12219系列標(biāo)準(zhǔn)、日本汽車工業(yè)協(xié)會（JAMA）《降低汽車內(nèi)VOC的自主舉措》[1]、韓國《新規(guī)制作汽車的室內(nèi)空氣質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)》[2]、德國VDA系列標(biāo)準(zhǔn)以及我國的GB/T 27630-2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價指南》[3]等。

整車座艙環(huán)境VOC測試均是模擬客戶使用場景，在一定的溫度、濕度或模擬太陽光輻射的條件下，測量內(nèi)飾材料中的有機溶劑、助劑、添加劑等物質(zhì)揮發(fā)引起車內(nèi)空氣中蓄積的VOC含量[4]。目前國內(nèi)各車企管控主要采用HJ/T 400-2007[5]標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)測試的是常溫狀態(tài)座艙環(huán)境VOC含量，但往往消費者抱怨的是夏季高溫狀態(tài)車內(nèi)VOC引發(fā)的異味問題，因此本文以ISO 12219-1：2012[6]、JAMA《降低汽車內(nèi)VOC的自主舉措》、德國大眾PV3938[7]三種不同整車座艙環(huán)境VOC高溫測試方法為研究對象，分別從方法原理、測試結(jié)果分析等角度系統(tǒng)性的分析了不同方法之間的差異，為各企業(yè)整車座艙環(huán)境高溫VOC方法的制定提供參考。

1 整車座艙環(huán)境VOC高溫測試方法簡介

1.1 ISO 12219-1：2012

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了三種不同模式下座艙VOC含量的測試，包括環(huán)境模式（Ambient mode）、停車模式（Parking mode）及駕駛模式（Driving mode）。具體測試過程為：將受檢車輛置于整車試驗艙中，車門打開狀態(tài)于23±2 ℃，50±10 %RH環(huán)境下預(yù)平衡1 h，接著將車門密閉進行至少8 h的環(huán)境模式調(diào)節(jié)，隨后進入停車模式，該階段采用模擬光照系統(tǒng)調(diào)節(jié)距離車頂10 cm高度的光照能量為400±50 W/m2，光照4 h后進入駕駛模式，駕駛模式開啟空調(diào)（內(nèi)循環(huán)，23 ℃風(fēng)量最大）并立即采集車內(nèi)空氣，各模式車內(nèi)空氣采樣點的位置參照圖1所示。

1.2 JAMA《降低汽車內(nèi)VOC的自主舉措》

該標(biāo)準(zhǔn)的測試過程為：車門窗開啟通風(fēng)30 min后，密閉車門窗采用光照系統(tǒng)對受檢車輛進行加熱，采樣點處（位置與ISO 12219-1：2012一致）的溫度達到40℃后保持4.5 h后進行高溫狀態(tài)下VOC樣品采集，采樣結(jié)束后開啟空調(diào)系統(tǒng)（內(nèi)循環(huán)，23 ℃風(fēng)量最大），同時采集乘車狀態(tài)下座艙環(huán)境VOC。JAMA標(biāo)準(zhǔn)與ISO停車模式&駕駛模式模擬的實際客戶應(yīng)用場景一致，均是模擬測試夏季高溫狀態(tài)車輛曝曬后人剛進入車內(nèi)接觸的VOC狀態(tài)及空調(diào)開啟后車內(nèi)VOC狀態(tài)。

1.3 德國大眾PV3938

該方法是德國大眾汽車開發(fā)的針對整車VOC的測試方法，主要測試過程為采用四臺紅外加熱裝置對車身進行加熱，紅外加熱裝置位于車身四周50 cm處，照射面與前后擋風(fēng)玻璃/車窗平行，控制采樣點（前排座椅頭枕中心距離頂蓋內(nèi)飾板20 cm處）的溫度為65±5 ℃（要求加熱3 h內(nèi)達到該溫度），紅外加熱4 h后采集車內(nèi)VOC。

以上三類標(biāo)準(zhǔn)車內(nèi)VOC氣體樣品的采集及分析均是參照環(huán)境空氣VOC苯系物（ISO 16000-6[8]）及醛酮類羰基化合物（ISO 16000-3[9]）測試方法執(zhí)行。

2 整車座艙環(huán)境VOC高溫測試方法對比分析

圖1 采樣點位置示意圖

表1 某車型座艙環(huán)境VOC含量

為了研究不同方法之間的差異，針對同一款車型同一天下線的三輛車分別進行了ISO、JAMA、德國大眾標(biāo)準(zhǔn)的測試，具體結(jié)果參見表1。通過對比可知，針對同一車型，高溫輻射加熱狀態(tài)座艙環(huán)境VOC數(shù)據(jù)：PV3938＞JAMA（高溫狀態(tài)）＞ISO（停車模式），其中ISO停車模式高溫引發(fā)的VOC釋放量應(yīng)扣除環(huán)境模式蓄積的VOC量后進行比較，高溫狀態(tài)VOC釋放量的差異是由于試驗條件對應(yīng)的車內(nèi)環(huán)境的差異導(dǎo)致的，具體如表2所示，可見高溫狀態(tài)下PV3938標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)苛。

從表1 ISO標(biāo)準(zhǔn)不同測試模式下的座艙VOC含量可以看出停車模式座艙環(huán)境VOC含量最高，進入駕駛模式后由于空調(diào)開啟，經(jīng)空調(diào)濾芯快速凈化座艙環(huán)境VOC迅速降低。JAMA標(biāo)準(zhǔn)中高溫狀態(tài)向乘車模式的轉(zhuǎn)變與ISO標(biāo)準(zhǔn)一致。匹配客戶實際應(yīng)用場景，停車模式與夏季車輛高溫曝曬狀態(tài)類似，因溫度升高汽車座艙內(nèi)的發(fā)泡、PVC座椅皮革、塑料、橡膠等內(nèi)飾材料及油漆、膠粘劑等輔料中的有機溶劑、未反應(yīng)的單體等會快速揮發(fā)在車廂中積累形成一個高VOC的密閉環(huán)境。因此建議夏季車輛室外曝曬后，人員第一時間應(yīng)打開車門窗通風(fēng)換氣后再進入車內(nèi)，避免短期高濃度VOC吸入。

表2 車內(nèi)各監(jiān)控點溫度

圖2 ISO標(biāo)準(zhǔn)停車＆駕駛模式車內(nèi)各監(jiān)控點溫度

圖3 JAMA標(biāo)準(zhǔn)車內(nèi)各監(jiān)控點溫度

通過在車內(nèi)零部件表面布設(shè)溫度傳感器的方式，監(jiān)控測試全過程溫度狀態(tài)以詳細(xì)對比不同分析方法的差異可知（參見圖2～4）：①高溫階段隨著輻照時間的延長，ISO標(biāo)準(zhǔn)車內(nèi)各零部件表面溫度持續(xù)升高，JAMA標(biāo)準(zhǔn)車內(nèi)各零部件表面在達到某一溫度后則基本保持恒定，PV3938標(biāo)準(zhǔn)車內(nèi)各零部件表面在3 h達到最大值后也基本保持恒定。這是由三個標(biāo)準(zhǔn)的差異導(dǎo)致的，ISO標(biāo)準(zhǔn)控制的是恒定的輻照強度，因此輻照時間越長，車內(nèi)溫度越高；JAMA和PV3938則是通過調(diào)整輻照強度來保持恒定溫度，因此車內(nèi)溫度再達到恒定值后基本不變，只有地毯由于離輻照源最遠(yuǎn)受輻照直接影響較小，隨著車內(nèi)溫度的累積影響呈現(xiàn)表面溫度緩慢持續(xù)上升趨勢；②根據(jù)高溫階段車內(nèi)各零部件表面溫度對比，ISO及JAMA標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)相同趨勢，即儀表板上罩＞頂蓋內(nèi)飾板＞轉(zhuǎn)向盤≈前座椅頭枕≈遮陽板＞前座椅坐墊＞擱物簾表皮＞地毯，而PV3938則為儀表板上罩＞前座椅頭枕＞轉(zhuǎn)向盤＞遮陽板＞前座椅坐墊＞頂蓋內(nèi)飾板＞擱物簾表皮＞地毯。造成差異的原因是高溫階段輻射方式，ISO及JAMA采用的是頂部垂直輻照加熱，玻璃的傳熱能力大于金屬鈑金件，因此儀表板上罩表面溫度最高，頂蓋內(nèi)飾板次之，越遠(yuǎn)離光源處溫度越低，如地毯；而PV3938采取的是車前后左右玻璃處輻照加熱，因此越靠近玻璃處受外界光源輻照影響最大的區(qū)域處的零部件表面溫度越高。

目前汽車行業(yè)整車VOC試驗艙配備的陽光模擬光照系統(tǒng)照射角度均為垂直照射，且皆為紅外光源，而實際戶外太陽光對車內(nèi)各零部件的照射角度隨地球自轉(zhuǎn)而逐漸變化，太陽光的輻射光譜包括紫外光段、可見光段及紅外光段[10]。為了研究戶外陽光曝曬車內(nèi)環(huán)境狀態(tài)與試驗艙狀態(tài)的差異，將車輛密閉置于海南瓊海地區(qū)戶外空曠場地進行高溫曝曬，篩選了平均溫度最高的6月份全月車內(nèi)各零部件表面溫度數(shù)據(jù)（見圖5），通過對比可知：高溫曝曬狀態(tài)下各零部件表面能達到的最高溫度：儀表板上罩＞轉(zhuǎn)向盤＞座椅坐墊＞擱物簾表皮＞遮陽板＞頂蓋內(nèi)飾板＞座椅頭枕＞地毯；平均溫度：儀表板上罩＞轉(zhuǎn)向盤＞擱物簾表皮＞頂蓋內(nèi)飾板＞遮陽板＞座椅頭枕＞座椅坐墊＞地毯。從以上對比可以看出影響各零部件表面最高溫度的主要因素是受陽光照射角度，如儀表板上罩/轉(zhuǎn)向盤屬于陽光透過玻璃的直射區(qū)域，溫度明顯高于其他區(qū)域，儀表板上罩最高溫度幾乎達到了100℃；而影響各零部件表面平均溫度的主要因素是受陽光照射影響的時間長短，如頂蓋內(nèi)飾板平均溫度排名靠前原因是其外表面及車頂鈑金件一直受陽光照射。從平均溫度來看，戶外曝曬車內(nèi)各零部件表面達到的溫度水平與JAMA標(biāo)準(zhǔn)較匹配度更高些。

圖4 PV3938標(biāo)準(zhǔn)車內(nèi)各監(jiān)控點溫度

圖5 海南6月份自然曝曬車內(nèi)各監(jiān)控點溫度

3 結(jié)語

夏季高溫是座艙環(huán)境空氣污染最直接的誘因，為了研究當(dāng)前行業(yè)高溫VOC測試方法的差異，本文從方法原理、結(jié)果對比、車內(nèi)零部件溫度對比等角度對ISO、JAMA及PV3938三個標(biāo)準(zhǔn)進行了系統(tǒng)性的分析，結(jié)果表明：

1）ISO和JAMA標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計思路基本一致，分別考察夏季高溫車輛曝曬后車內(nèi)密閉階段及人進入車內(nèi)空調(diào)開啟后車內(nèi)VOC狀態(tài)，與實際車輛使用場景一致，而PV3938測試的僅是高溫曝曬后的VOC，管控要求相對較嚴(yán)苛；

2）從實車測試數(shù)據(jù)對比來看，座艙環(huán)境VOC：PV3938＞JAMA＞ISO，這是由于三個標(biāo)準(zhǔn)不同的輻照條件造成的車內(nèi)環(huán)境溫度差異引起的；

3）垂直照射與四周照射輻照方式的差異造成了車內(nèi)各零部件表面溫度高低的差異，儀表板上罩屬于陽光直射影響最大區(qū)域，因此在不同標(biāo)準(zhǔn)中均屬于車內(nèi)溫度最高部位；

4）通過海南戶外曝曬車內(nèi)溫度數(shù)據(jù)對比分析，夏季高溫曝曬狀態(tài)車內(nèi)各零部件達到的平均溫度狀態(tài)與JAMA標(biāo)準(zhǔn)較匹配。