乘用車內(nèi)氣味來源分析及管控

潘乃殊,王曉文

(上海汽車集團股份有限公司乘用車分公司，上海 201804)

0 前言

國家統(tǒng)計局發(fā)布的2020年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報顯示，2020年末全國民用汽車保有量達到28 087萬輛(包括三輪汽車和低速貨車748萬輛)，比上年末增長6.67%，可見我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛,汽車的普及率不斷提高[1]。人們在追求汽車的安全性、可靠性的同時，對整車的感官質(zhì)量要求越來越高，而感官質(zhì)量中的車內(nèi)氣味質(zhì)量是消費者首要關注的問題，車內(nèi)氣味的大小及優(yōu)劣也逐漸成為人們購車時考慮的重要因素之一。

氣味是人對環(huán)境的主觀評價，車內(nèi)惡劣氣味會對人的心理和生理產(chǎn)生一定影響，異常氣味會刺激人的感覺器官，使人感到不愉快和厭惡，造成心理上的負擔[2]。影響車內(nèi)氣味的因素較多，外界環(huán)境的氣味進入車內(nèi)部、人為引入的氣味(如人員吸煙或吃帶有氣味的食物)殘留、尾氣或汽油滲入乘客艙等因素均會導致車內(nèi)氣味異常。除這類不可控因素外，主機廠新車內(nèi)氣味是由車內(nèi)零件散發(fā)的氣味導致的，提升零件及材料氣味質(zhì)量對車內(nèi)氣味質(zhì)量提升具有重要意義。

車內(nèi)零件多，氣味來源復雜，筆者通過對某車型車內(nèi)氣味進行研究分析，找出車內(nèi)氣味重點零部件散發(fā)源并針對氣味質(zhì)量提出管控方向。

1 整車車內(nèi)氣味來源分析

整車內(nèi)飾零件大量使用高分子材料和天然材料，這類材料會釋放出揮發(fā)性小分子氣味物質(zhì)，從而導致車內(nèi)產(chǎn)生氣味。這些揮發(fā)性物質(zhì)來源包括材料表面涂飾中的溶劑、人造革和塑料中的增塑劑、塑料降解后的副產(chǎn)物、塑料中的小分子雜質(zhì)，以及各種添加劑和加工助劑等。以某三廂車車型為例，對整車內(nèi)所有零件氣味進行測試分析，確認貢獻大的零件及材料。

1.1 氣味評價

目前還沒有嗅辨設備能夠完全替代人類鼻子，車內(nèi)氣味評價仍需以人為主體的評價。但由于不同評價人對氣味主觀感知的差異會導致評價結(jié)果存在偏差，故尚未形成汽車行業(yè)的統(tǒng)一評價尺度。目前車內(nèi)氣味質(zhì)量管控主要由主機廠的氣味工程師通過各自企業(yè)標準來進行管控。

本次零件氣味及整車氣味測試標準采用上海汽車集團有限公司乘用車企業(yè)內(nèi)部相關標準。

1.2 內(nèi)飾零件影響

通過零件和整車氣味測試，以及氣體成分分析發(fā)現(xiàn)整車內(nèi)的氣味是由車內(nèi)各個非金屬零件釋放的多種物質(zhì)混合形成的，并非單一類型物質(zhì)。通過使用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(HS-GC-MS)設備對零件釋放的低沸點揮發(fā)性有機物(VOC)進行全譜分析并結(jié)合零件氣味結(jié)果發(fā)現(xiàn)：零件氣味大小與散發(fā)量無明顯正向關系。行業(yè)各機構(gòu)對整車內(nèi)、零件氣味溯源研究工作均在開展中，目前還無有效的方法精確計算單一零件或材料對整車氣味的貢獻率，只能通過測試確認其對整車氣味的相對貢獻率。

通過測試分析發(fā)現(xiàn)：表面直接暴露在車內(nèi)的零件及材料對車內(nèi)氣味貢獻相對較大；表面積大的零件氣味貢獻相對較大；含有溶劑類的物質(zhì)氣味貢獻相對較大；部分天然材料氣味貢獻相對較大。對車內(nèi)氣味貢獻大的零件依次為座椅、門板、主地毯、儀表板、車頂、衣帽架、中控臺、立柱及密封條等，對車內(nèi)氣味貢獻大的材料有聚氯乙烯(PVC)人造革、聚氨酯(PU)發(fā)泡材料、聚丙烯(PP)改性材料、膠水、真皮等(見表1)。車內(nèi)零件的生產(chǎn)過程中也會產(chǎn)生氣味，主要生產(chǎn)工藝及氣味產(chǎn)生機理見表2[3-5]。

表1 車內(nèi)氣味主要貢獻的內(nèi)飾零件及材料

表2 影響車內(nèi)氣味的主要加工工藝

三廂車的行李箱內(nèi)部的平地毯、備胎及左右側(cè)飾板等零件的氣味是行李箱內(nèi)氣味的主要來源，如果整車采取后排座椅與行李箱無物理隔斷的設計結(jié)構(gòu)，則行李箱內(nèi)的零件也會對乘客艙氣味產(chǎn)生影響。

1.3 輔料影響

車身輔料基本應用于車身鈑金表面或鈑金拼接部位，這類材料表面不會暴露在乘客艙內(nèi)，如車身底盤鈑金表面粘貼的阻尼墊、鈑金焊接處的PVC焊縫膠、金屬門板內(nèi)粘貼的環(huán)氧樹脂增強墊、玻璃與鈑金連接用的玻璃膠等零件材料。這類零件為了滿足性能要求會使用瀝青、PVC和環(huán)氧樹脂等材料，同時為了保證施工便利性，材料中添加了大量小分子助劑和有機溶劑，導致材料氣味質(zhì)量普遍較差。

這類輔料與乘客艙之間雖然有內(nèi)飾材料隔斷，但是在設計上或裝配過程中內(nèi)飾零件間的匹配處存在縫隙，如主地毯和門檻搭接部位、BC柱上的前排安全帶出口、地毯開孔部位(線束及風道的通道)等。輔料氣味物質(zhì)分子會通過縫隙持續(xù)擴散至乘客艙，對車內(nèi)氣味產(chǎn)生較大影響，在特定環(huán)境下這類材料氣味對車內(nèi)氣味貢獻率超過內(nèi)飾零件的貢獻率。

1.4 結(jié)構(gòu)設計影響

一些車身結(jié)構(gòu)設計會導致車內(nèi)輔料氣味、備胎氣味及外界氣味進入車內(nèi)，導致車內(nèi)氣味異常。車內(nèi)側(cè)圍金屬門檻、金屬尾門等零件采用成型鋼，為滿足整車的防腐性能需要進行噴蠟對零件內(nèi)腔進行防護。防腐蠟含有較多溶劑，其氣味及VOC質(zhì)量均較差。側(cè)圍門檻結(jié)構(gòu)設計上沒有采取密封設計，導致車身噴蠟氣味從內(nèi)飾門檻安裝孔、BC柱空洞逸散至乘客艙(見圖1)。

圖1 門檻空腔噴蠟氣味溢出通道

部分車型結(jié)構(gòu)設計為乘客艙和行李艙可連通，如果備胎艙非密封設計，會導致備胎的橡膠酸臭氣味進入行李艙，并通過連通通道逸散進乘客艙，導致車內(nèi)氣味異常(見圖2)。

圖2 備胎氣味從后排座椅下溢出至乘客艙

2 環(huán)境因素對車內(nèi)氣味的影響

在零件及材料固定的情況下，整車內(nèi)的氣味大小及類型也并非恒定，它隨著車內(nèi)的溫度、濕度、陽光照射幅度、車輛密閉時間的變化而變化。

溫度對材料氣味的散發(fā)影響最明顯，在一定范圍內(nèi)升高溫度材料散發(fā)的氣味會隨之增強。整車在室外放置時，在陽光作用下車內(nèi)溫度會顯著升高，車內(nèi)高分子材料中的小分子大量揮發(fā)，濃度會增加數(shù)倍，導致氣味明顯增加。同時也會造成車內(nèi)溫度分布不均勻，在陽光直射的表面溫度會偏高，如儀表板表面、衣帽架、門板上裝等部位，在這種情況下這些溫度較高的零件釋放的氣味對車內(nèi)氣味的貢獻會明顯增加。而在同樣氣溫條件的室內(nèi)環(huán)境中，車內(nèi)的氣味強度和類型會明顯不同。以25 ℃時車內(nèi)甲醛質(zhì)量濃度為基準，車內(nèi)甲醛濃度隨溫度的變化趨勢見圖3(其中，相對質(zhì)量濃度為車內(nèi)甲醛質(zhì)量濃度與25 ℃時車內(nèi)甲醛質(zhì)量濃度的比)。

圖3 車內(nèi)甲醛濃度與溫度的關系

車輛密閉時間增加會使車內(nèi)氣味發(fā)生變化，隨著密閉時間的延長車內(nèi)高分子材料揮發(fā)出的小分子濃度會逐漸增加，氣味強度也會增強。隨著密閉時間逐漸延長，車內(nèi)里層內(nèi)飾材料和輔料氣味對車內(nèi)氣味的影響會越來越明顯，車內(nèi)氣味類型也會發(fā)生變化。

3 車內(nèi)氣味管控

通過以上環(huán)節(jié)分析，確認內(nèi)飾材料及輔料、零件加工工藝及車身結(jié)構(gòu)設計等均會對車內(nèi)氣味產(chǎn)生影響，根據(jù)影響程度及氣味產(chǎn)生機理，認為車內(nèi)氣味質(zhì)量應從原材料、工藝、結(jié)構(gòu)等方面進行管控。

3.1 原材料選用

零件氣味應在材料方面進行改進，在乘客艙零件設計過程中采用低VOC、低氣味的材料或牌號。如：PP木粉板有明顯的木粉氣味，使用塑料板替代該材料；采用低VOC、低氣味牌號的聚甲醛(POM)材料，如寶理塑料低氣味聚甲醛材料(尾標標示為LV)、杜邦塑料低氣味POM材料(尾標標示為PE)等；儀表板上體采用PU表皮替代搪塑PVC表皮材料；膠水應用方面，采用水性膠粘劑和熱溶膠粘劑替代溶劑型膠水，如水性丙烯酸酯膠水、水性PU膠水和熱熔膠等；PP改性材料選擇普利特低氣味材料(尾標為LLE)；聚碳酸酯和丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物(PC/ABS)合金材料選用錦湖日麗的低氣味“塑可凈”品牌等。乘客艙內(nèi)零件禁止采用氣味及VOC差的酚醛樹脂類材料、廢棉氈材料、聚苯乙烯(EPS)發(fā)泡材料等。車身輔料選擇低散發(fā)材料，如阻尼墊選擇丁基橡膠或水性可噴涂材料(LASD)替代瀝青阻尼材料，PVC焊縫膠選擇無溶劑型等。

3.2 工藝選用

選用低氣味的工藝，避免在工藝過程中增加零件的氣味，如：使用低壓注塑替代膠水黏結(jié)工藝、使用超聲波焊接代替膠水黏結(jié)工藝、使用膠膜或熱熔膠復合工藝替代火焰復合工藝等；注塑、擠出工藝溫度不能過高，需控制在合理范圍內(nèi)，姜思維[6]研究發(fā)現(xiàn)PP改性料采用210 ℃以內(nèi)的低溫注塑方式可以改善氣味。

面板普遍采用水轉(zhuǎn)印及噴漆等工藝，雖然提升了整車內(nèi)部的美觀及舒適性，但是增大了車內(nèi)氣味惡化的風險。為了控制和預防氣味超標，在工藝上應增加后期處理工藝，如高溫養(yǎng)護處理。目前，較多零件通過后期的放置或加熱的方式來降低零件氣味，如膠水包覆零件、真木、油漆件等。后處理方式是彌補原料及工藝控制方面的不足，末端增加降低氣味的措施，但由于后期處理的方式存在較多的不可控因素(如供應商執(zhí)行程度等)，氣味質(zhì)量穩(wěn)定性存在一定風險。

3.3 結(jié)構(gòu)設計

零件的結(jié)構(gòu)會影響材料加工工藝。注塑零件的模具設計應結(jié)合Moldflow等注塑成型仿真工具來對型腔尺寸、澆口位置及尺寸、流道尺寸和冷卻系統(tǒng)等進行優(yōu)化設計，確定最佳的模具溫度、熔體溫度、注射時間、注射壓力、保壓壓力等。這些工藝參數(shù)對改善制件的氣味非常有幫助[7]。

在整車結(jié)構(gòu)方面，工程設計人員與氣味管控人員應在整車開發(fā)初期對車內(nèi)氣味通道進行分析模擬，從結(jié)構(gòu)設計上對氣味通道進行隔斷，如備胎艙密封設計、側(cè)圍門檻空腔密封設計及熱源部位避開散發(fā)大的零件等。

4 結(jié)語

通過以上3個方面的管控對氣味源頭進行控制，并對各個階段的零件及整車進行氣味質(zhì)量認可，整車的氣味質(zhì)量能夠滿足企業(yè)標準要求。針對氣味有特殊要求的車型，在以上管控基礎上，可進一步分析整車氣味貢獻大的零件并進行針對性的優(yōu)化提升；同時，為了減少環(huán)境溫度及密閉時間對車內(nèi)氣味的影響，可在車控系統(tǒng)上增加空調(diào)自動外循環(huán)通風功能。整車量產(chǎn)后定期對氣味質(zhì)量穩(wěn)定性進行監(jiān)控，保證車內(nèi)氣味穩(wěn)定，滿足標準要求。

乘用車內(nèi)氣味來源復雜，車內(nèi)飾零件及材料是車內(nèi)氣味的主要來源，車身輔料是次要來源，還有零件表面污染及車子加裝材料也是氣味的重要來源。但車內(nèi)氣味的主要貢獻源并不固定，如車身輔料也可能成為車內(nèi)最主要的氣味源。管控車內(nèi)氣味需要對癥下藥，如整車開發(fā)前期選擇低散發(fā)、低氣味的材料和工藝，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計封閉住氣味源，控制生產(chǎn)過程污染等。