汽車頂棚常見(jiàn)VOC不合格問(wèn)題原因剖析與改善

付鑫，李海青，郭秋彥，岳平

汽車頂棚常見(jiàn)VOC不合格問(wèn)題原因剖析與改善

付鑫，李海青，郭秋彥，岳平

（浙江吉利汽車研究院有限公司，浙江 寧波 315336）

文章歸納總結(jié)了汽車頂棚包括干法頂棚、濕法頂棚常見(jiàn)的VOC即揮發(fā)性有機(jī)物當(dāng)中的如甲苯、二甲苯、乙醛超標(biāo)或含量過(guò)高現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，借助GC-MS（氣質(zhì)聯(lián)用儀）和HPLC（高效液相色譜）分析原材料數(shù)據(jù)，同步從生產(chǎn)過(guò)程工藝進(jìn)行排查不合格原因，進(jìn)一步解決頂棚VOC超標(biāo)或含量過(guò)高問(wèn)題。以期協(xié)助車內(nèi)空氣質(zhì)量從業(yè)人員快速鎖定并解決頂棚VOC不合格問(wèn)題。

汽車頂棚；VOC；原材料；生產(chǎn)工藝過(guò)程

1 前言

2019年中國(guó)公安部數(shù)據(jù)顯示，2019年末全國(guó)民用汽車保有量26150萬(wàn)輛（包括三輪汽車和低速貨車762萬(wàn)輛），相比2018年增長(zhǎng)了8.83%。其中私人汽車保有量22635萬(wàn)輛，增加1905萬(wàn)輛。此數(shù)據(jù)足以表明，汽車早已融入人們的日常生活，而車內(nèi)空氣質(zhì)量也同駕乘人員的健康緊密聯(lián)系在一起，備受消費(fèi)者關(guān)注。

國(guó)家于2011年正式發(fā)布推薦性標(biāo)準(zhǔn)《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》（GB/T27630-2011）來(lái)約束整車內(nèi)如苯、甲苯、甲醛、乙醛等八項(xiàng)物質(zhì)的限值，該標(biāo)準(zhǔn)上升為國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)指日可待。2020年4月中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《汽車內(nèi)飾產(chǎn)品環(huán)境污染物控制技術(shù)要求（征求意見(jiàn)稿）》發(fā)出征求意見(jiàn)函，該標(biāo)準(zhǔn)的推出意味著國(guó)家層面對(duì)車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的管控由整車進(jìn)一步下沉至車內(nèi)零部件的管控。而汽車頂棚作為汽車內(nèi)部表面積最大的零部件之一，其VOC的散發(fā)與貢獻(xiàn)量不容小視，本文整理了頂棚常見(jiàn)的VOC不合格物質(zhì)案例，并針對(duì)性地進(jìn)行分析，進(jìn)而從原材料及生產(chǎn)過(guò)程工藝著手進(jìn)行優(yōu)化。

2 VOC整改實(shí)例

2.1 頂棚分類

頂棚根據(jù)生產(chǎn)工藝不同可分為干法頂棚與濕法頂棚。干法頂棚生產(chǎn)過(guò)程：PU基材：底層無(wú)紡布→撒玻纖→撒膠粉→放PU板→撒玻纖→撒膠粉→加熱復(fù)合；面料層+PU基材經(jīng)冷模壓成型。濕法頂棚生產(chǎn)過(guò)程：PU基材：PU板滾膠（PUR膠粘劑）→噴水→反應(yīng)后的PU板上下分別疊加無(wú)紡布、玻纖氈→熱模加熱定型；面料層滾膠或PU基材噴膠經(jīng)熱模模壓成型。

從兩種工藝用材中不難看出濕法頂棚生產(chǎn)使用較多的膠水，尤其是面料粘接使用的膠水受成本、設(shè)備、環(huán)境等的影響因素，當(dāng)前多數(shù)使用溶劑型膠水，因此此類濕法頂棚的揮發(fā)性有機(jī)物含量較干法含量較多，環(huán)保性差。針對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物含量的降低方案推薦是使用環(huán)保型水性膠。

2.2 VOC不合格實(shí)例

2.2.1 甲苯含量超標(biāo)

2000L袋子法60攝氏度2小時(shí)測(cè)試結(jié)果如下：

表1 測(cè)試結(jié)果-1

注：ND表示未檢出，低于報(bào)告檢出限；單位ug

此頂棚為干法頂棚，單獨(dú)對(duì)頂棚面料、基材做2000L袋子法測(cè)試結(jié)果如下：

表2 測(cè)試結(jié)果-2

以上數(shù)據(jù)可以看出甲苯超標(biāo)的原因并非頂棚主材所帶來(lái)，故將問(wèn)題來(lái)源鎖定于頂棚總成輔料—膠粘劑，該頂棚總成中使用膠粘劑部位有墊塊粘接、線束粘接、頂燈等塑料件粘接，此類膠水均為熱熔膠，可排除是此類膠水帶來(lái)的問(wèn)題。另一類該頂棚使用的膠水為溶劑型膠粘劑—氯丁膠，使用部位有天窗框粘接膠、包邊膠，且涂抹方式為人工涂抹，涂抹量不確定。通過(guò)查找氯丁膠相關(guān)文獻(xiàn)及MSDS了解到，該非環(huán)保型氯丁膠中使用的溶劑為甲苯、丙酮、丁酮，正己烷，溶劑含量占比約為70%，因此證明頂棚甲苯含量超標(biāo)的原因是該氯丁膠引起的。

整改方式一：更換環(huán)保型氯丁膠，溶劑型氯丁膠膠粘劑的主要危害來(lái)自于溶劑，則環(huán)?；年P(guān)鍵點(diǎn)也在于溶劑[1]，在選取環(huán)保型膠粘劑過(guò)程中可通過(guò)其MSDS來(lái)進(jìn)行初步判斷，后進(jìn)行實(shí)際使用測(cè)試選定。同時(shí)需要規(guī)范人工途徑路徑以及涂膠量，來(lái)保證產(chǎn)品一致性。

整改方式二：將包邊膠、天窗框粘接膠改為環(huán)保型PUR熱熔膠。該類膠水可有效減少揮發(fā)性有機(jī)物含量，且可實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化，缺點(diǎn)為設(shè)備投入較大，工裝及熱熔膠膠機(jī)，機(jī)械手等全套設(shè)備金額約在100萬(wàn)左右。

2.2.2 二甲苯含量超標(biāo)

2000L袋子法60攝氏度2小時(shí)測(cè)試結(jié)果如下：

表3 測(cè)試結(jié)果-3

結(jié)合甲苯不合格對(duì)面料與基材的數(shù)據(jù)分析，可得二甲苯超標(biāo)并非來(lái)自于面料與PU基材。通過(guò)對(duì)該頂棚供應(yīng)商生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的走訪，跟蹤整個(gè)頂棚生產(chǎn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，該頂棚天窗框粘接蘑菇搭扣時(shí)使用一種氣味非常刺激的底涂漆，且操作人員將該底涂漆涂滿整個(gè)天窗框，粘貼蘑菇搭扣后頂棚置于成品架上，無(wú)特殊通風(fēng)處理。查找該供應(yīng)商使用的底涂漆MSDS發(fā)現(xiàn)其中二甲苯含量占比20-35%，基本鎖定該頂棚二甲苯超標(biāo)來(lái)源。

表4 某底涂漆成分表

底涂漆的作用：使用底涂漆進(jìn)行金屬框表面清潔，確保粘接力更強(qiáng)，保證蘑菇搭扣粘接牢固。

整改方式一：選用水性底涂漆，優(yōu)點(diǎn)：揮發(fā)性有機(jī)物含量少，有效減少揮發(fā)性有機(jī)物污染，缺點(diǎn)：溶劑（水）揮發(fā)慢，效率低，蘑菇搭扣粘貼效果差。

整改方式二：選用氣味VOC表現(xiàn)均較好的熱熔膠代替溶劑型底涂漆。

整改方式三：嚴(yán)格控制加強(qiáng)框的清潔度（天窗框保持清潔狀態(tài)，使用包覆膜進(jìn)行防塵保護(hù)），取消底涂,使用天窗預(yù)埋工藝。首先需要滿足天窗框來(lái)料干凈無(wú)塵—塑料薄膜包覆，在面料與基材復(fù)合時(shí)將天窗框放置于模具中，同步模壓，干法濕法均可使用。

圖1 濕法頂棚預(yù)埋過(guò)程

2.2.3 乙醛含量超標(biāo)

2000L袋子法60攝氏度2小時(shí)測(cè)試結(jié)果如下：

表5 測(cè)試結(jié)果-4

此款不合格頂棚為濕法工藝頂棚，對(duì)該頂棚用材進(jìn)行逐一分析，針織面料揮發(fā)性有機(jī)物含量較低，可排除；PU基材滾膠量是否存在偏差，經(jīng)排查機(jī)械滾膠量在規(guī)定范圍內(nèi)，可排除；成型骨架噴膠（溶劑型膠水），目前成型骨架噴的溶劑膠為人工手工噴涂，存在較大不確定性且人工噴膠量無(wú)法量化僅靠目測(cè)膠量，是導(dǎo)致本次試驗(yàn)失效的主要原因之一；另一乙醛超標(biāo)的原因來(lái)自于PU基材本身，通過(guò)查找相關(guān)文獻(xiàn)知，在多元醇生產(chǎn)或存儲(chǔ)過(guò)程中，由于原料、生產(chǎn)工藝、倉(cāng)儲(chǔ)條件等原因，不可避免的含有一定的醛類物質(zhì)，且乙醛含量多于甲醛含量，這些醛類物質(zhì)則是PU基材中主要醛類貢獻(xiàn)源[2]。PU發(fā)泡在發(fā)泡反應(yīng)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生乙醛。

整改方式一：解決溶劑膠噴膠量不均問(wèn)題--采用全自動(dòng)噴涂機(jī)器人進(jìn)行噴膠，可以固化噴涂膠量、噴涂面積。

整改方式二：將溶劑膠水改為水性膠，成品建立烘房，加快水性膠水分揮發(fā)。

整改方式三：采用面料滾膠工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)膠量固定且分布均勻，面料滾膠的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于膠水可使用無(wú)溶劑的聚氨酯膠水，而噴膠工藝中的膠水需要添加分散劑與增稠劑來(lái)提高霧化性。

以上辦法可從根本上解決因噴膠不均、溶劑膠水本身帶來(lái)的揮發(fā)性有機(jī)物超標(biāo)問(wèn)題。

PU基材醛類物質(zhì)含量?jī)?yōu)化：PU發(fā)泡原材料來(lái)料檢驗(yàn)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，甲醛、乙醛含量異常需拒收。聚氨酯成品泡沫塊屬于光熱敏感材料，過(guò)熱或陽(yáng)光直射會(huì)發(fā)生降解氧化生產(chǎn)醛類物質(zhì)，故其熟化應(yīng)保證干燥、通風(fēng)、避免陽(yáng)光直射，并盡可能的延長(zhǎng)熟化放置時(shí)間，一般要求熟化至少72小時(shí)以上，切片后PU基材同樣要求通風(fēng)避光倉(cāng)儲(chǔ)。

2.2.4 外界污染物引入

頂棚針織面料與PU基材均屬于疏松多孔結(jié)構(gòu)，極易吸附外界揮發(fā)性有機(jī)物并殘留。

某次抽檢干法頂棚乙醛超標(biāo)，再次復(fù)檢合格，說(shuō)明該問(wèn)題屬于一致性符合問(wèn)題。檢測(cè)及排查過(guò)程檢測(cè)結(jié)果如下表：

表6 測(cè)試結(jié)果-5

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)證明干法頂棚生產(chǎn)過(guò)程中使用到的各種材料均能滿足VOC要求，抽檢不合格頂棚非主要用材帶來(lái)的。通過(guò)對(duì)干法頂棚生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行排查，找出的變異點(diǎn)如下：

（1）頂棚包邊使用的螺旋PUR膠在使用后需要對(duì)膠機(jī)的噴嘴進(jìn)行清理，而清理方式是將噴嘴放入二氯甲烷溶劑中浸泡，來(lái)保證槍頭的通暢。

對(duì)二氯甲烷溶液進(jìn)行VOC檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表現(xiàn)為二氯甲烷的VOC值中醛類含量較高；是造成乙醛不合格的主要原因。

表7 VOC檢測(cè)結(jié)果

（2）頂棚在生產(chǎn)過(guò)程中偶爾會(huì)產(chǎn)生表面臟污，使用面料清洗劑清洗頂棚，而該清洗劑由羧酸的鈉鹽R-CO2Na，合成色素、合成香料、防腐劑、抗氧化劑、發(fā)泡劑、硬化劑、粘稠劑、合成界面活性劑組成，使用后易造成有機(jī)物殘留，從而影響了產(chǎn)品的VOC性能。

整改方式一：更改噴嘴的清理方法，取消二氯甲烷溶劑的浸泡方式，將清理噴嘴的方式改用熱風(fēng)槍烘烤。保證噴嘴的正常使用。

整改方式二：若頂棚面料部位出現(xiàn)臟污的問(wèn)題，不使用面料清洗劑等溶劑型清洗產(chǎn)品，進(jìn)行產(chǎn)品表面的清理工作，改為采用30%含量的酒精進(jìn)行產(chǎn)品臟污的返工工作。保證產(chǎn)品的VOC指標(biāo)。

3 總結(jié)

揮發(fā)性有機(jī)物雖看不見(jiàn)，甚至不易被人嗅辨察覺(jué)，但是卻可以通過(guò)GC-MS、HPLC準(zhǔn)確檢測(cè)出不合格或含量過(guò)高的風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)，借助儀器對(duì)用材進(jìn)行VOC分析、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤走訪來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的產(chǎn)生原因。

通過(guò)對(duì)常見(jiàn)的頂棚不合格揮發(fā)性有機(jī)物的總結(jié)不難看出，頂棚的揮發(fā)性有機(jī)物影響因素諸多，常見(jiàn)于其PU基材本身、輔料中使用的膠水、底涂漆以及不易被重視的外界污染引入等等。因此為保障頂棚的綠色環(huán)保生產(chǎn)，需要考慮整個(gè)頂棚生產(chǎn)過(guò)程中的用材及工藝，選擇綠色低散發(fā)原材料及工藝，減少不必要的外界污染引入，從而從根本上保證頂棚總成的低散發(fā)性，量產(chǎn)產(chǎn)品的批量品質(zhì)一致性。

[1] 李子?xùn)|,李廣宇,何紅波,于敏.溶劑型膠粘劑的環(huán)保化[J].粘接,2002, 23(6):36-39.

[2] 董志方,朱維珍.聚氨酯泡沫塑料中醛類物質(zhì)檢測(cè)[J].聚氨酯工業(yè), 2017,32(5):73-74.

Analysis and Improvement of Common VOC Disqualification Problems in Automobile Ceiling

Fu Xin, Li Haiqing, Guo Qiuyan, Yue Ping

（Zhejiang Geely Auto Research Institute Co. Ltd., Zhejiang Ningbo 315336 )

This paper sum up the automobile ceiling including dry and wet ceiling. The VOC that is the volatile organic compounds, such as toluene, xylene, acetaldehyde over weight or over the limiting value. With the aid of GC-MS and HPLC analysis of material data, synchronization from the production process for screening unqualified reason, further solve the problem of ceiling VOC content overweight or too high. In order to help the in-car air quality professionals to solve the unqualified problem of roof VOC.

Automobile ceiling;VOC;Material;productive process

A

1671-7988(2020)24-147-03

U466

A

1671-7988(2020)24-147-03

付鑫（1989.11-），女，就職于浙江吉利汽車研究院有限公司。主要負(fù)責(zé)車內(nèi)空氣VOC與氣味正向開(kāi)發(fā)與量產(chǎn)車型車內(nèi)空氣質(zhì)量改善工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.048

CLC NO.: U466