汽車座椅聚氨酯發泡VOC優化方法

侯輝，盛先志，牛彥雷，彭志軍

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

汽車座椅聚氨酯發泡VOC優化方法

侯輝，盛先志，牛彥雷，彭志軍

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

為滿足《乘用車車內空氣質量評價指南》對車內VOC限值的要求，文章通過分析座椅聚氨酯發泡VOC的來源，從原料及工藝兩方面提出了優化方法。最后通過第三方檢測機構試驗驗證，證明了優化方法的可行性，對后續車型有一定的指導意義。

聚氨酯發泡；VOC；優化方法

引言

座椅系統主要由座椅骨架、座椅聚氨酯發泡和座椅面套組成。座椅作為車輛內飾的重要組成部分，其聚氨酯發泡的VOC揮發量對車內VOC的影響比較大。考慮車內空氣質量對人體健康的危害，目前國家發布了強制標準征求意見稿，各主機廠也在制定相應的檢測方法及零部件限制來改善車內空氣質量。

1 VOC濃度要求

揮發性有機化合物VOC（Volatile Organic Compounds），是指在常溫狀態下容易揮發的有機化合物。環保部官網發布的征求意見稿《乘用車車內空氣質量評價指南》，對于汽車車內空氣有機物濃度要求，見表1[1]。

表1 車內空氣有機物濃度 單位：mg/m3

某主機廠針對座椅單個零部件，相應的限制要求見表2。

表2 零部件揮發限值要求 單位：ug/m3

2 聚氨酯發泡VOC來源及改善方法

2.1 聚氨酯發泡VOC來源

聚氨酯硬泡是由按照一定比例的A、B組分料混合后，經一系列化學反應后形成的具有防水和保溫隔熱功能的泡沫塑料。A組分料是由多元醇（聚醚或聚酯）及發泡劑、催化劑、穩定劑、阻燃劑等添加劑組成的組合料，俗稱白料。B組分料的主要成分為異氰酸酯，是一種棕色液體，俗稱黑料。聚氨酯所用原料，導致VOC有以下來源[2]。

2.1.1 多元醇

從理論上講，聚氨酯材料中殘留的微量多元醇會產生低分子的醛類、醇類、羧酸類物質。

2.1.2 異氰酸酯

游離的異氰酸酯單體存于聚氨酯發泡中，因其低沸點和高蒸汽壓的特點，在日后的使用過程中慢慢釋放出來，產生揮發性物質，危害人體健康。

2.1.3 催化劑

叔胺類催化劑能對聚氨酯的發泡反應和凝膠反應提供催化性能，但大多數不參與反應。反應完成后，胺類催化劑一部分在生產過程中揮發，其余會游離在泡沫中。由于聚氨酯發泡的多孔結構，游離的叔胺類催化劑會慢慢游離到泡沫表面而揮發出來。

2.1.4 泡沫穩定劑

硬泡所用有機硅穩定劑，俗稱“硅油”，主要結構是聚硅氧烷-氧化烯烴嵌段共聚物，作用是提高泡孔的閉孔率，使泡沫穩定、均化。低相對分子質量的硅氧烷小分子，會直接進入到成品中，且不參與發泡反應，只能殘留在泡沫內部，增加了聚氨酯泡沫硅氧烷類VOC的揮發。

2.1.5 其他助劑

為保持產品的特性，在生產座椅聚氨酯泡沫的過程中，還會添加諸如發泡劑、阻燃劑、抗氧劑、脫模劑及抗老劑等多種助劑。由于反應程度的不完全，少量殘留的游離單體和一些低相對分子質量的物質，很容易從聚氨酯泡沫中揮發出來。

2.2 聚氨酯發泡VOC改善方法

2.2.1 材料選擇

目前異氰酸酯在PU發泡生產中尚不可替代，只能采取適當的措施，去降低VOC，主要體現在以下幾方面：

（1）采用聚酯多元醇取代聚醚多元醇，其活性較高，可降低催化劑用量；

（2）異氰酸酯采用二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)體系配方，不使用甲苯二異氰酸酯(TDI）；

（3）催化劑采用高效、低揮發型物質，如三亞乙基二胺代替二甲基環己胺中等活性胺類催化劑；

（4）減少助劑的使用，如多元醇中引入具有阻燃作用的元素代替阻燃劑的使用；

（5）在混料過程中添加醛類消除劑。

2.2.2 工藝處理

在改善原材料應用的同時，工藝采用生產過程管控及后處理的方式，可進一步降低VOC，主要有以下幾方面：

（1）發泡澆注由人工澆注改為機器人澆注，使得原料充分混合，同時確保A、B料用量比為1:3，發泡溫度為50℃～70℃，模內熟化時間為4min；

（2）發泡真空開泡機的開泡排氣通過管道排入戶外，并保證真空度0.6Mbar-0.7Mbar；

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（3）碾壓式發泡開泡機經過兩次碾壓開泡，開泡充分，發泡內無氣體殘留；

（4）發泡上懸掛鏈，熟化時間至少 8h，懸掛鏈循環一周時間約24h；

（5）采用通風措施，諸如發泡工位增加真空排放，廠房頂部增加排風裝置及車間窗戶的玻璃被有間斷的打開等。

3 座椅VOC試驗方法及結果

3.1 座椅VOC試驗方法

樣件要求：樣件應為下線后通常狀態下保管15天以內的零部件，試驗樣袋采用2000L體積進行封裝，樣品按照車內實際使用狀態進行放置。

預處理：試驗前樣件預處理按 GB/T2918-1998《塑料試樣狀態調節和試驗的標準環境》中標準環境下（空氣溫度23℃±1℃，相對濕度50%±15%）放置24h[3]。

氣體捕集：樣品在65℃下恒溫2h后，按照圖1所示裝置進行采樣。

圖1 采樣裝置簡圖

數據分析及處理：按照HJ/T400-2007《車內空氣揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法》中的5.2的規定進行測量[4]，并按揮發濃度 C=集管所測得化合物量 W/捕集管采集氣體量Q進行計算。

3.2 試驗結果

表3 某車型座椅VOC測試結果

由表3可得出，改善方法在一定程度可改善VOC的揮發，其他類似座椅聚氨酯發泡材料可參考。在試驗過程中發現，環境溫度、生產倉儲及運輸方式對 VOC測試有一定的影響，建議保證生產車間適宜的溫度，良好的通風，運輸中塑料件包裝改為無紡布。

4 結論

“節能、環保、安全”是汽車發展永恒的主題[5]，車內空氣質量作為汽車環保、安全的重要面，越來越受消費者重視。車內空氣質量控制，要從源頭出發，懷著對消費者負責任的態度，從根本上解決車內 VOC問題，最大限度地降低其對乘車人員的危害。

參考文

[1] GB 27630.乘用車車內空氣質量評價指南.意見稿[S].

[2] 徐世海.汽車座椅用聚氨酯泡沫環保和安全性能的評價及改進[J].聚氨酯工業,2012,27（6）:2-3.

[3] 王永明.GB/T2918-1998.塑料試樣狀態調節和試驗的標準環境[S].

[4] HJ/T400-2007.車內空氣揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法[S].

[5] 莊夢夢等.車用內飾塑料發展趨勢及低 VOC改進方法.綠色科技,2015,9(9):321.

Optimization Methods of polyurethane foam VOC about automobile seat

HouHui, Sheng Xianzhi, Niu Yanlei, Peng Zhijun
（Echnological Center, Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230601）

In order to meet the limit requirements for automobile VOC of "lawsuits caused by poor car indoor air quality",optimization methods were put forward from raw materials and process by analyzing the source of polyurethane foam VOC about seat. Finally, the feasibility of optimization methods were proved through the third party testing organizations, who have certain directive significance to the the following models.

Polyurethane foam; VOC; optimization methods

U467

A

1671-7988 (2017)21-131-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.044

CLC NO.: U467

A

1671-7988 (2017)21-131-03

侯輝（1985），女，工程師，碩士，就職于安徽江淮汽車技術中心從事內外飾設計研發工作，主要研究汽車座椅安全帶方向。