汽車座椅泡棉產品VOC 排放控制研究

關鍵詞：汽車座椅;泡棉;揮發性有機化合物;聚氨酯

0引言

研究表明，來自汽車內飾零部件的揮發性有機化合物（VoIatiIe Organic Cornpounds，簡稱“VOC”）是影響車內空氣質量的主要原因之一。大多數汽車內飾零部件中都含有一定量的VOC，它們主要是醛類、苯類、酚類和酮類方面的物質，這些物質的沸點，通常都在50～260℃。當汽車內的溫度，達到這些物質的沸點時，這些揮發性物質，就會逐步釋放出來。這些揮發物，不僅會在前擋風玻璃上會形成霧，影響駕駛員的視線，更多的會對乘員的身體造成傷害。

本文重點從座椅泡棉的原材料配方著手，通過理論分析，闡述座椅泡棉中揮發性有機合成物的來源，控制和改善依據。通過搭建模型，經過實驗，優化汽車座椅泡棉中揮發性有機化合物的揮發量，達到汽車整車廠的要求。

1理論分析

汽車座椅泡棉產品一般都會選用聚氨酯體系材料，這是因為這種材料龐大的體積，可以引起較大的鏈間位阻，所以，使材料具有較高的抗撕裂強度。聚氨酯彈性體，基本上屬于具有線性分子特征的熱塑料樹脂，但也可以由多功能團擴鏈劑等方式引入一定程度的交聯。適當的交聯，可以改善材料的物理機械性能，從而提高聚氨酯材料的耐水性和耐候性。所以，聚氨酯體系材料具有熱塑性好、強度高、伸長率大、回彈性好、耐磨、耐油、耐溶劑、耐老化以及耐低溫等性能優點。

筆者所在團隊重點研究了某美系整車廠商的材料性能要求以后發現，整車廠商對于汽車泡棉產品的要求，主要集中在密度、硬度、耐疲勞（抗撕扯強度）、耐老化以及揮發物的濃度等指標上。這些指標與聚氨酯的特性可以說是完全吻合。再考慮到我國聚氨酯產業布局已經成型，聚氨酯體系原材料的采購價格已經具有相當的競爭力，所以說聚氨酯體系的材料，可以完美地滿足整車廠商對于汽車座椅泡棉產品的性能要求。

2汽車座椅VOC排放檢測模型的建立

那么能否搭建起一個模型，對聚氨酯體系材料的揮發物，做到一個量化的檢測分析和控制呢？

對汽車座椅泡棉原材料的分析得知，制作汽車座椅泡棉的所有原材料，包括主劑（聚醚多元醇和聚合物多元醇）、助劑和膠水等，都會揮發VOC。那么可以假設：汽車泡棉成品的VOC排放，肯定是來源于制作汽車座椅泡棉產品所需的原材料上。是否可以通過量化控制原材料的VOC排放量，從而達到量化控制汽車座椅泡棉成品的VOC排放量呢？

如果上述假設成立，就能夠搭建出一個模型理論：量化控制單位原材料的VOC排放種類和排放量，即可量化控制汽車泡棉成品的VOC排放種類以及排放量。

為了驗證這一假設，筆者所在團隊通過一些基礎實驗，來進行初步的驗證。驗證的步驟如下。

（1）量化地獲得制作汽車座椅泡棉產品所需原材料的VOC排放量，計算出各種原材料占VOC整體排放量的比重。

（2）通過更改原材料的比重，甚至更換原材料種類的方式，量化地獲得更改原材料配方之后的VOC整體的排放量。

（3）通過比較前2個步驟的實驗對比數據，對汽車泡棉成品的VOC排放量中，其中任一指標的來源，追溯到原材料層面。

（4）通過更新相應的原材料，來降低汽車泡棉成品的VOC排放，達到相應的規范要求。

通過對用量大的原料進行替代試驗（如各類多元醇），對用量小的原料等進行增量試驗（如助劑），再通過實驗完成自由發泡，進行VOC分析，針對所得數據可以確定此原料對VOC的貢獻。之后對實驗結果進行分析，然后匯總有機化合物的來源，判斷是否超標，以及提出改善計劃。

實驗結果表明，量化控制單位原材料的原材料VOC的排放種類和排放量，即可量化控制汽車泡棉成品的VOC排放種類以及排放量這一模型理論成立。

3汽車座椅VOC排放控制實例介紹

筆者公司受邀參與上汽集團乘用車公司新架構乘用車平臺座椅發泡研究項目。通過對比研究發現，上汽集團乘用車公司的標準SMTC5400018，和上汽通用的標準TS-BD-003非常類似。因此可以推論，上汽集團乘用車公司在制定該標準時，可能參考了上汽通用的標準。因此，實驗室準備以目前已經批量供給上汽通用的汽車座椅泡棉材料配方為基礎，搭建原始配方模型，記錄對應的原始數據，并在此模型基礎上進行理論有效性的驗證。

為了論證模型，試驗中采用苯和甲苯含量比較低的聚醚多元醇和聚合物多元醇原材料進行對比測試;脫模劑統一更換為某品牌的水性脫模劑，揮發物含量低。測試結果顯示：樣品中僅甲苯含量超標，對比標準要求僅僅超標10%左右?；诖私Y果，實驗室決定堅持以已經批量供給上汽通用的汽車座椅泡棉材料配方為基礎，在此配方技術上，通過減少聚合物多元醇的使用量來進一步降低產品中甲醛以及其他有機揮發物的含量。

根據計劃，重新調整設定了原料配方，并根據配方制作泡棉樣件，送到上汽集團乘用車公司認可的第三方測試機構，讓企業來進行最終的檢測。

檢測結果顯示，所有的檢測項目都在上汽集團乘用車公司標準限值之內（表1）。因此成功論證了之前提出的模型理論：量化控制單位原材料的原材料VOC（揮發性有機化合物）的排放種類和排放量，即可量化的控制汽車泡棉成品的VOC排放種類以及排放量。

4實驗結論分析

4.1搭建框架的理論基礎

座椅發泡產品中，VOC的排放主要來源于以下方面：甲苯超標主要來源于聚合物多元醇和脫模劑;苯乙烯超標主要來源于聚合物多元醇;乙醛超標主要來源于聚合物多元醇。

4.2實驗結論

（1）對于無論是聚合物多元醇還是聚醚多元醇，如果重新選擇了無苯酚、低苯乙烯或低醛類的聚合物多元酯材料，與無苯酚、低醛類的聚醚多元醇材料相混合，最后生產出來的汽車座椅泡棉產品中關于苯類、醛類和乙烯類等有機化合物的揮發量才可能顯著降低。所以，產品原材料對于聚合物多元醇和聚醚多元醇的選擇非常關鍵因素。

（2）為了避免大批量產生VOC排放超標的不合格汽車座椅泡棉產品，必須在量產之前，對于混料之前的原材料分別進行相應的檢測。具體的檢測方法，可以采用替換主劑對比檢測數值方法，和加倍助劑對比檢測數值方法，來推算并鎖定檢測指標中的有機化合物排放源，究竟源于哪一種原材料。

5結束語

通過建立以上模型，可以在配方制定初期，就能控制有機化合物排放的潛在源頭，最大程度保證了汽車座椅發泡成品中，VOC有機化合物檢測結果符合汽車主機廠的要求。

除此之外，在生產過程中，還加強過程工藝監控，保證工藝過程最佳參數。通過監控生產中量產發泡棉產品品質的穩定性，提升一次合格率，減少膠水使用量，也是降低汽車座椅發泡成品的VOC有機化合物排放的一個重要因素。