基于HJ/T 400—2007的車內(nèi)空氣質(zhì)量測(cè)試影響因素分析

羅偉杰 吳燕恒 蔡和晟

摘要：探究了車內(nèi)空氣質(zhì)量測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 400-2007《車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物及醛酮類物質(zhì)測(cè)樣測(cè)定方法》中不同準(zhǔn)備階段時(shí)間和封閉階段時(shí)間對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量測(cè)試結(jié)果的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：準(zhǔn)備時(shí)間從6 h增加到32 h，車內(nèi)空氣質(zhì)量中各VOC物質(zhì)濃度總體呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，甲醛、苯、乙苯和苯乙烯的初始濃度低，隨準(zhǔn)備時(shí)間的延長(zhǎng)迅速達(dá)到平衡狀態(tài)，封閉時(shí)間從16 h延長(zhǎng)到32 h，苯乙烯、乙苯及苯的濃度變化不大，甲苯、二甲苯、甲醛、乙醛及TVOC的濃度逐漸增加。

關(guān)鍵詞：車內(nèi)空氣質(zhì)量 準(zhǔn)備階段 封閉階段

中圖分類號(hào)：U467.1?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B?? DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20230210

Analysis of Influencing Factors of Interior Air Quality Test Based

on HJ/T 400-2007

Luo Weijie， Wu Yanheng， Cai Hesheng

（China Ouality Certification Center South China Laboratory， Guangzhou 510663）

Abstract： This paper explored the influence of different preparation time and closed stage time on the air quality test results inside the car in HJ/T 400-2007 “Method for Determination of Volatile Organic Compounds and Aldehydes and Ketones in the Car”. The experimental results show that when the preparation time increases from 6h to 32h， the concentration of VOC substances in the air quality of the vehicle generally shows a decreasing trend. The initial concentrations of formaldehyde， benzene， ethylbenzene and styrene were low， and reached equilibrium rapidly with the extension of preparation time. With the extension of the blocking time from 16h to 32h， the concentration of styrene， ethylbenzene and benzene changed little， and the concentration of toluene， xylene， formaldehyde， acetaldehyde and TVOC increased gradually.

Key words： Air quality， Preparation stage， Blocking stage

作者簡(jiǎn)介：羅偉杰（1992—），男，學(xué)士學(xué)位，助理工程師，主要從事車內(nèi)空氣質(zhì)量研究。

參考文獻(xiàn)引用格式：

羅偉杰， 吳燕恒， 蔡和晟. 基于HJ/T 400—2007的車內(nèi)空氣質(zhì)量測(cè)試影響因素分析[J]. 汽車工藝與材料， 2024（4）： 62-66.

LUO W J， WU Y H， CAI H S. Analysis of Influencing Factors of Interior Air Quality Test Based on HJ/T 400-2007[J]. Automobile Technology & Material， 2024（4）： 62-66.

1 前言

在我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 27630—2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》[1]中引用了標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 400—2007《車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測(cè)定方法》[2]來(lái)對(duì)整車車內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了影響車內(nèi)空氣質(zhì)量的各項(xiàng)揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)試步驟和參數(shù)，其中準(zhǔn)備時(shí)間和封閉時(shí)間為車內(nèi)空氣質(zhì)量測(cè)試的關(guān)鍵參數(shù)。HJ/T 400—2007中規(guī)定準(zhǔn)備階段時(shí)間至少6 h，封閉時(shí)間為16 h。因測(cè)試過(guò)程中的分子擴(kuò)散存在無(wú)規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)，測(cè)試不確定度比較大，不同的測(cè)試時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果可能存在較大影響。因此，分別在不同的準(zhǔn)備時(shí)間和封閉時(shí)間下進(jìn)行車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds，VOCs）測(cè)試，并研究對(duì)其結(jié)果的影響。

2 試驗(yàn)部分

2.1 不同準(zhǔn)備階段時(shí)間對(duì)車內(nèi)VOC測(cè)試結(jié)果影響的研究?jī)?nèi)容

試驗(yàn)樣品選擇同一品牌、同一車型、同一配置且同一下線時(shí)間的車輛，各準(zhǔn)備階段時(shí)長(zhǎng)均有2輛車輛進(jìn)行平行試驗(yàn)，且均為下線7天的車輛。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參照HJ/T 400—2007進(jìn)行。整車樣品、測(cè)試環(huán)境艙及分析儀器如圖1所示。

將試驗(yàn)車輛靜置于整車VOC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境艙內(nèi)。靜置前，將車輛內(nèi)部構(gòu)件表面覆蓋物（如出廠時(shí)為保護(hù)座椅、地毯等而使用的塑料薄膜）去除，并將覆蓋物移至采樣環(huán)境艙外。試驗(yàn)分為3個(gè)階段：車輛準(zhǔn)備階段、車輛封閉階段、樣品采集階段。車輛準(zhǔn)備階段，將可以開啟的窗、門完全打開，分別將車輛靜止放置6 h、8 h、12 h、16 h、20 h、24 h、28 h、32 h，然后完全關(guān)閉試驗(yàn)車輛的所有可以開啟的窗、門并保持封閉狀態(tài)16 h后采集車內(nèi)空氣進(jìn)行分析。試驗(yàn)檢測(cè)分析項(xiàng)目為GB/T 27630—2011中規(guī)定的甲醛、乙醛、丙烯醛、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯及總揮發(fā)性有機(jī)物（Total Volatile Organic Compounds，TVOC）。

2.2 不同封閉階段時(shí)間對(duì)車內(nèi)VOC測(cè)試結(jié)果影響的研究?jī)?nèi)容

將試驗(yàn)車輛靜置于車內(nèi)VOC測(cè)試環(huán)境艙內(nèi)。靜置前，將車輛內(nèi)部構(gòu)件表面覆蓋物去除，并將覆蓋物移至采樣環(huán)境艙外。試驗(yàn)分為3個(gè)階段：車輛準(zhǔn)備階段、車輛封閉階段、樣品采集階段。車輛準(zhǔn)備階段，將可以開啟的窗、門完全打開，靜止放置6 h。然后，完全關(guān)閉測(cè)試車輛的窗、門，分別保持車輛封閉狀態(tài)12 h、16 h、20 h、24 h和32 h后采集車內(nèi)空氣進(jìn)行分析。試驗(yàn)檢測(cè)分析項(xiàng)目為GB/T 27630—2011中規(guī)定的甲醛、乙醛、丙烯醛、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯及TVOC。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果顯示，在不同準(zhǔn)備時(shí)間6 h、8 h、12 h、16 h、20 h、24 h、28 h和32 h測(cè)試條件下，隨著時(shí)間的增加，各物質(zhì)的濃度整體均有較大下降趨勢(shì)（圖2a）。車內(nèi)甲醛的檢測(cè)濃度緩慢下降，并在準(zhǔn)備時(shí)間達(dá)到28 h后濃度基本不變，實(shí)現(xiàn)揮發(fā)平衡；車內(nèi)乙醛的檢測(cè)濃度在準(zhǔn)備時(shí)間為12 h時(shí)達(dá)到最低值，在準(zhǔn)備時(shí)間為16 h時(shí)濃度再次升高，到32 h再次出現(xiàn)下降趨勢(shì)（圖2b）。數(shù)據(jù)表明：在不同準(zhǔn)備時(shí)間條件下，下線7天的整車車內(nèi)空氣質(zhì)量中乙醛濃度均超出GB/T 27630—2011《車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》的限值范圍；車內(nèi)苯和苯乙烯的揮發(fā)濃度在不同準(zhǔn)備時(shí)間6 h、8 h、12 h、16 h、20 h、24 h、28 h和32 h測(cè)試條件下，其濃度差異不大，且苯乙烯濃度較低，濃度僅在檢出限附近；甲苯在準(zhǔn)備時(shí)間為16 h條件下，濃度達(dá)到最低；乙苯和二甲苯的測(cè)試濃度在準(zhǔn)備時(shí)間為20 h時(shí)達(dá)到最低；由于TVOC由多種不同結(jié)構(gòu)的VOC組成，揮發(fā)規(guī)律沒有單個(gè)物質(zhì)的變化趨勢(shì)明顯，但亦隨著時(shí)間增加而增加；由于此樣車車內(nèi)丙烯醛的濃度低于檢出限，故不作分析。

在不同封閉時(shí)間12 h、16 h、20 h、24 h和32 h測(cè)試條件下，隨著時(shí)間的增加，甲醛、苯、乙苯和苯乙烯在各個(gè)條件下檢測(cè)濃度變化不大，處于揮發(fā)平衡狀態(tài)。二甲苯的濃度隨著封閉時(shí)間的增加逐漸增加，車輛封閉16 h后二甲苯的釋放速度減緩，在車輛封閉24 h后二甲苯釋放量快速升高（圖3a）。甲苯在車輛封閉的20 h內(nèi)揮發(fā)速度較快，呈快速上升趨勢(shì)，在車輛封閉20 h后釋放速度降低并趨于平穩(wěn)。乙醛的釋放量在車輛封閉期間呈現(xiàn)不斷升高的趨勢(shì)，并且其揮發(fā)速度逐漸提高，在車輛封閉32 h后仍未達(dá)到平衡（圖3b）；TVOC的濃度在車輛封閉階段的前期快速升高，而后在24 h后逐漸達(dá)到平衡（圖3c）。

3.2 分析與討論

根據(jù)菲克第一定律J=-D（dC/dx），其中J為擴(kuò)散通量（與dC呈正比），D為擴(kuò)散系數(shù)，C為擴(kuò)散物質(zhì)的體積濃度，dC為初始擴(kuò)散濃度，dC/dx為濃度梯度，同一擴(kuò)散界面dx默認(rèn)不變。濃度梯度可認(rèn)為是擴(kuò)散動(dòng)力，濃度梯度越大，擴(kuò)散越容易進(jìn)行?！?”表示擴(kuò)散方向?yàn)闈舛忍荻鹊姆捶较?，即擴(kuò)散物質(zhì)由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散。擴(kuò)散系數(shù)D是描述擴(kuò)散速度的重要物理量，相當(dāng)于濃度梯度為1時(shí)的擴(kuò)散通量，D越大，則擴(kuò)散越快?；谧杂审w積理論，F(xiàn)ujita[3]提出了小分子物質(zhì)在聚合物中的擴(kuò)散模型，其擴(kuò)散系數(shù)主要受4個(gè)方面的因素影響。

a.與聚合物相關(guān)的因素，如擴(kuò)散物質(zhì)形態(tài)和結(jié)晶度。

b.與遷移物相關(guān)的因素，如密度、形狀和尺寸。

c.小分子物質(zhì)與聚合物之間的相互作用，如溶解和溶脹效應(yīng)等。

d.與溫度相關(guān)的因素，如聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

同時(shí)，文獻(xiàn)[4]研究認(rèn)為，分子擴(kuò)散過(guò)程中，擴(kuò)散分子也受內(nèi)飾件的吸附作用，阻礙分子的擴(kuò)散，即為擴(kuò)散阻力，當(dāng)某一物質(zhì)的擴(kuò)散動(dòng)力和擴(kuò)散阻力相當(dāng)，擴(kuò)散濃度不再發(fā)生變化，達(dá)到擴(kuò)散平衡。

分析認(rèn)為，本研究中VOC分子擴(kuò)散過(guò)程分為3個(gè)階段（圖4）：第1階段為從汽車內(nèi)飾件內(nèi)部擴(kuò)散內(nèi)飾件表面階段；第2階段為從內(nèi)飾件表面擴(kuò)散至乘員艙中；第3階段為在車內(nèi)門窗開啟時(shí)從乘員艙中擴(kuò)散至環(huán)境艙內(nèi)。準(zhǔn)備階段由于車門窗的開啟，VOC擴(kuò)散物質(zhì)可由乘員艙擴(kuò)散至環(huán)境艙內(nèi)，故存在擴(kuò)散階段P1和擴(kuò)散階段P2。而封閉階段由于車門窗的關(guān)閉，只存在擴(kuò)散階段P1。

綜上所述，對(duì)于測(cè)試結(jié)果做以下分析。

各物質(zhì)的形態(tài)、密度以及分子大小不同，所以擴(kuò)散系數(shù)D有所差異，但相同結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，如苯系物、醛酮類物質(zhì)等某一類物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)可能差別不大，且各物質(zhì)的初始濃度不一致，導(dǎo)致在同一擴(kuò)散界面的濃度梯度dC/dx不同，故可解釋不同VOC物質(zhì)在同一擴(kuò)散歷程的擴(kuò)散量不同，從而結(jié)果各有不同。

隨著準(zhǔn)備時(shí)間的延長(zhǎng)，整車內(nèi)飾中的VOC物質(zhì)不停向乘員艙擴(kuò)散，乘員艙中的VOC物質(zhì)不停向整車環(huán)境艙擴(kuò)散，故各物質(zhì)在準(zhǔn)備時(shí)間為初始條件6 h時(shí)濃度最大，同時(shí)整車內(nèi)飾件的VOC濃度C1和乘員艙的VOC物質(zhì)濃度C2會(huì)不斷下降，如甲苯、二甲苯、乙醛和TVOC。如果內(nèi)飾件中的VOC擴(kuò)散物質(zhì)初始濃度較低，濃度梯度dC即dC/dx（同一界面dx不變）逐漸降低，即擴(kuò)散動(dòng)力逐漸減弱；當(dāng)分子的擴(kuò)散動(dòng)力降至與擴(kuò)散阻力相當(dāng)時(shí)，VOC物質(zhì)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡，即乘員艙濃度C2不發(fā)生變化達(dá)到揮發(fā)平衡，如苯、乙苯、苯乙烯和甲醛。

在不同封閉時(shí)間的條件下，由于門窗的關(guān)閉，只存在擴(kuò)散階段P1，擴(kuò)散階段P2被阻斷。相同條件下，相同物質(zhì)的初始dC1和dC2相同，隨著封閉時(shí)間的增加，內(nèi)飾件中VOC物質(zhì)不斷向乘員艙中擴(kuò)散，所以C1不斷降低，而C2不斷增加，如乙醛、甲苯和二甲苯。同時(shí)，隨著濃度梯度的不斷降低，不同物質(zhì)的初始濃度不一樣，當(dāng)揮發(fā)一定時(shí)間后，有些物質(zhì)擴(kuò)散動(dòng)力和擴(kuò)散阻力相當(dāng)，達(dá)到揮發(fā)平衡；而隨著時(shí)間變化，C2不再發(fā)生變化，如甲醛、苯、乙苯和苯乙烯。甲醛濃度在車輛封閉期間總體呈現(xiàn)緩慢升高的趨勢(shì)，在封閉24 h內(nèi)較為平穩(wěn)，在24 h后出現(xiàn)小幅升高，分析認(rèn)為是車內(nèi)使用的皮革面料等材料與總成在生產(chǎn)期間使用的酚醛樹脂膠黏劑，由于甲醛中間體殘留而不斷釋放造成的[5-6]，同時(shí)由于物理吸附作用，車輛封閉前期甲醛濃度升高緩慢。苯系物由于具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，使得苯系物的揮發(fā)過(guò)程較醛類物質(zhì)更為復(fù)雜。甲苯在車輛封閉20 h后揮發(fā)速度減緩，濃度逐漸達(dá)到飽和狀態(tài)。二甲苯在24 h內(nèi)有逐漸飽和的趨勢(shì)，而在24 h后濃度突然升高。分析認(rèn)為座椅面料、泡沫和ABS、PP等塑料的甲苯、二甲苯含量較高，一些塑料件在注塑成型過(guò)程中加入的脫模劑等也會(huì)散發(fā)甲苯和二甲苯等有機(jī)揮發(fā)物質(zhì)[7]。

4 結(jié)束語(yǔ)

在準(zhǔn)備時(shí)間階段6 h、8 h、12 h、16 h、20 h、24 h、28 h和32 h測(cè)試條件下，6 h時(shí)各物質(zhì)的濃度最高，即現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 400—2007中規(guī)定準(zhǔn)備時(shí)間≥6 h，監(jiān)控車內(nèi)空氣質(zhì)量為此范圍內(nèi)最差狀態(tài)。隨著準(zhǔn)備時(shí)間的增加，各VOC物質(zhì)濃度總體上呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，初始濃度較高的甲苯、二甲苯和乙醛的濃度不斷降低，而初始濃度較低的物質(zhì)乙苯、苯乙烯和甲醛達(dá)到了揮發(fā)平衡。

在不同封閉時(shí)間12 h、16 h、20 h、24 h和32 h條件下，隨著封閉時(shí)間的延長(zhǎng)，苯乙烯、乙苯、苯的濃度變化不大；隨著封閉時(shí)間的延長(zhǎng)，甲苯、二甲苯、甲醛、乙醛、TVOC的濃度逐漸增加；由于TVOC為多種不同結(jié)構(gòu)的VOCs，揮發(fā)規(guī)律沒有單個(gè)物質(zhì)時(shí)明顯，但亦隨時(shí)間增加而增加。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部. 乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南： GB/T 27630—2011[S]. 北京： 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社， 2011.

[2] 中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部. 車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物及醛酮類物質(zhì)測(cè)樣測(cè)定方法： HJ/T 400—2007[S]. 北京： 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社， 2007.

[3] FUJITA H. Diffusion in Polymer-Dilluent Systems[J]. Advamees in Polymer Science， 1961， 3（1）： 1-47.

[4] 歐陽(yáng)慧， 劉江， 王瑞鋒. 預(yù)處理時(shí)間對(duì)汽車零部件及材料VOC測(cè)試結(jié)果的影響[J]. 質(zhì)量與認(rèn)證， 2019（7）： 52-54.

[5] 湯品一， 劉樹文， 黃小翰， 等. 車用內(nèi)飾零部件VOC及其衰減研究[J]. 汽車零部件， 2015（3）： 47-48+52.

[6] 辛強(qiáng)， 宋可， 王琳. 車內(nèi)空氣中VOC污染來(lái)源分析及檢測(cè)[J]. 汽車零部件， 2016（3）： 77-79.

[7] 黃振洪， 熊芬， 黃江玲， 等. 基于零 部件VOC散發(fā)的材料及工藝研究[J]. 汽車工藝與材料， 2020（4）： 6-9.