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「技术帖」汽车顶棚总成挥发性有机化合物挥发
来源:未知   发布时间:2019-12-21 16:40   浏览次数:

 

为解决汽车顶棚总成挥发性有机化合物(VOC)超标问题,采用高效液相色谱仪(HPLC)和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对汽车顶棚总成的各原材料进行10 L袋式法VOC测试,结果表明,面料和聚氨酯(PU)发泡造成顶棚总成二甲苯、甲醛和丙烯醛超标,从原料及产品存储两方面进行了优化,顶棚总成VOC挥发性能得到显著改善。

为了有效控制车内空气质量,我国于2011年发布了GB/T 27630—2011《乘用车内空气质量评价指南》,该标准规定了苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、乙醛和丙烯醛的浓度要求,并在2016年发布了其第一次修订版征求意见稿,将其改为强制性国家标准,同时对部分污染物的浓度要求进行了调整。

车内挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOC)主要来源于内饰。车内空间狭小、密闭性强,同时受阳光照射及与外界对流热交换量大,更易使有害物质挥发,故与室内有害气体超标相比,车内有害气体超标对人体危害程度更大。顶棚总成是整车内饰的重要组成部分,由于其所用的材料多元,且在内饰中面积占比较大,故其对整车VOC的贡献度较大,需要严格控制。本文针对汽车顶棚二甲苯、甲醛和丙烯醛超标问题,采用10L袋式法对顶棚各原料进行VOC测试,找出引起超标物质的来源,并给出优化措施,使其符合相关技术要求。

以某车型顶棚总成为例,首先将下线后于正常供货状态条件下保存15 d内的顶棚总成置于温度23±2℃、相对湿度50%±5%的环境下进行预处理,之后将其置于2000 L采样袋内,将采样袋放置在60℃升微V-BIR-30型恒温箱中2h使样件的VOC散发。用Tenax采样管以200mL/min的速度捕集苯系物15min,共捕集3 L气体;用DNPH采样管以800mL/min的速度捕集醛酮类物质15min,共捕集12L。分别利用安捷伦7890B-5977B型气相色谱-质谱联用仪(Gas Chromatography-Mass Spectrometer,GC-MS)和岛津LC-20A型高效液相色谱仪(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)对Tenax采样管中的苯系物和DNPH采样管中的醛酮类物质进行定量分析,最终计算出顶棚总成的VOC含量。

顶棚总成的VOC测试结果如表1所示。由表1可知,二甲苯、甲醛和丙烯醛超出企业标准的限值要求,其余5种物质均满足企业标准要求。

为找出顶棚总成VOC超标问题的原因,从原料和产品存储两个方面进行分析。该车型顶棚总成的生产工艺为湿法工艺的一步法,具体流程为:半硬质聚氨酯泡沫板材→辊胶→喷水→叠加→送料→复合模压(热模)→定型→水切割→包边+粘附件。所用的材料涉及聚氨酯(Polyurethane,PU)基材、玻纤、无纺布、面料和胶水等。因涉及多种材料,为了确定哪种物质造成顶棚总成VOC超标,根据相关企业标准要求分别对上述材料使用10L袋式法进行VOC测试,测试结果如表2所示。由表2可知,造成顶棚二甲苯、甲醛和丙烯醛超标的材料是PU基材和面料。在产品存储方面,顶棚生产后随意放置并未直接入库,同时其存储环境通风效果不佳,极易造成二次污染。

根据原料的VOC测试结果,重点对PU基材和面料进行整改。PU基材中甲醛、乙醛和丙烯醛含量相对较高,这是由于所用的低聚物多元醇中含有一定量的游离醛类物质,同时,生产工艺和储存条件等因素的改变会引入副反应,促进PU基材中的醛类物质增加。PU基材的相应改进措施主要包括:在PU基材A、B料混料过程中加入除醛剂,除醛剂与水的质量配比为1∶3;控制多元醇的储存温度低于30℃以减少副反应;PU发泡时排气通过管道排入户外,并保证线kPa,使一部分醛类物质挥发到空气中。

面料中的苯系物和甲醛含量相对较高的原因是将其作为反应剂来改善防皱、防缩和阻燃等效果,同时改善手感。面料的相应改进措施主要包括:每天更换两次新水以保证水洗机内的清洁,同时将水洗机速度降至20 m/min,主要洗除面料织造过程中产生的油污和纺丝过程中添加的油剂;生产时添加2g/L的甲醛除醛剂;增加85℃烘8h的热处理工序使一部分甲醛和苯系物挥发到空气中。

除原材料整改外,产品的存储条件也极为重要。顶棚总成生产后应及时入库,仓库中增加排放装置以促进空气流通。

为验证改进措的施有效性,用10L袋子对整改后的PU基材和面料进行VOC测试,然后用2000L袋子对整改后的顶棚进行VOC测试,测试结果如表3所示。由表3可知,改进措施在一定程度上改善了VOC的挥发,8项物质均符合企业标准要求。需要注意的是,VOC的测试结果受环境温度、生产下线时间和运输方式等影响,建议样件测试时间为下线d内,同时产品应放置在通风处,运输时用铝箔纸包裹。

本文通过对顶棚各原材料进行10L袋式法VOC测试,找出了造成顶棚总成二甲苯、甲醛和丙烯醛超标的材料为聚氨酯发泡和面料。为避免VOC超标,改善了原料的储存条件避免污染,生产过程中加入除醛剂以降低产品中的醛类物质浓度,并在后处理工序中加快VOC的散发。改进措施实施后顶棚总成中二甲苯、甲醛和丙烯醛的含量下降,达到了VOC限值要求。



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