汽車內飾件材質類型對VOCs釋放量的影響研究

梁 波，彌海鵬，于 翔，劉 迪，黃晴晴

(中國計量質量檢測研究院，重慶 401123)

1 引言

近幾年來，隨著生活水平的提高，我國乘用汽車保有量一度呈指數型增長。乘用汽車在給人們的出行帶來各種便利的同時，車內空氣污染問題也一直備受人們關注。車子是一個狹小的相對密閉的空間，而車內空氣組成復雜，成分眾多，大多數組分或多或少都會對駕乘人員產生健康危害[1-5]。

車內空氣污染的主要來源包括汽車內飾件材料的揮發、汽車燃油散發等，但對于新車，汽車內飾件是車內空氣污染的主要來源。汽車內飾件組成材料復雜，種類繁多，包括塑料、橡膠、合成纖維、紡織品、皮革，還有用于粘合的膠黏劑，用于噴涂的油漆等材料。這些材料在使用中會揮發出一定量的甲醛、乙醛、甲苯、二甲苯等有害氣體，嚴重危害駕乘人員的人身健康安全[6-8]。

汽車內飾件主要包括儀表板總成、頂棚、地毯、座椅和門護板總成等零部件，材料主要由金屬、塑料、木材、針織品、毛氈及皮革等組成[9]，其中，內飾件材料的選擇不僅會影響內飾件生產成本的高低，還會對車內空氣質量產生巨大的影響[10]。

盡管已經有不少關于汽車內飾件和揮發性有機化合物方面的研究。如李俊賢等人研究了加工工藝和倉儲條件對汽車內飾件的VOC含量的影響[9]；尤可為等研究了汽車非金屬內飾件中VOC的來源[8]；張暉等分析了汽車及零部件行業VOCs污染現狀及減排對策等，還有更多的研究集中在車內VOCs與人體健康方面[11]。但缺乏汽車內飾件材料種類和其揮發性有機化合物的相關性研究。本文針對市場上部分品牌的乘用車所使用的汽車內飾件總成進行VOCs的濃度研究，通過收集各內飾件的材料組成，來探尋材料種類和VOCs濃度兩者之間的關系，為選擇合適的汽車內飾件材料種類，降低車內空氣中VOCs濃度提供有效的決策依據。

2 數據與方法

本次實驗選擇五種汽車內飾件總成作為研究對象，分別為頂棚、地毯、主儀表板、座椅及門板。共分別采集19輛在售車型所使用的五種內飾件總成，共計95件樣品。在進行樣品采集的同時，分別統計每個樣品所使用的材質類型。

所有待測樣品在環境條件為23±2℃，50±10%RH環境中平衡24h。樣品采用袋子法進行測試，測試條件為：袋子規格2000L；測試溫度60±1℃，恒溫時間2h。用Tenax吸附管采集苯系物組分，用DNPH吸附管采集醛酮類組分。

所采集的Tenax吸附管采用熱脫附氣相色譜質譜聯用儀(TD-GC/MS，Perkinelmer SQ8T，USA)進行分析，定量計算苯系物(包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯及苯乙烯)的濃度。DNPH吸附管用色譜純乙腈進行洗脫并定容至5.0mL，洗脫組分采用高效液相色譜(HPLC，Waters E2695,USA)進行分析，定量計算醛酮類組分(包括甲醛、乙醛和丙烯醛)的含量。

3 結果與討論

3.1 VOCs濃度分析

從表1中可以看出，除丙烯醛全部未檢出外，其余七種化合物在不同的內飾件總成中均有不同程度的檢出。其中，苯濃度在所有五種內飾件中的中位值范圍為4～8μg/ m3；甲苯濃度在所有五種內飾件中的中位值范圍為27～229μg/m3；乙苯濃度在所有五種內飾件中的中位值范圍為5～54μg/m3；二甲苯濃度在所有五種內飾件中的中位值范圍為15～93μg/ m3；苯乙烯濃度在所有五種內飾件中的中位值范圍為3～15μg/ m3；甲醛濃度在所有五種內飾件中的中位值范圍為41～377μg/ m3；乙醛濃度在所有五種內飾件中的中位值范圍為33～68μg/m3。由此可見，這八類目標化合物在五種內飾件總成的揮發性組分中，以甲苯、二甲苯、甲醛及乙醛四種組分為主要成分。

表1 各內飾件VOC濃度范圍Tab.e 1 The VOC concentration range of different vehicle parts

備注：a 表示數據濃度范圍；b 表示中位值；c 表示未檢出，即含量低于2μg/m3。

圖1 各部件單體VOC濃度分布Fig.1 The distribution of VOC concentration in vehicle parts

從圖1中不難看出，即使是同種目標化合物在不同的內飾件總成的揮發性組分中差異也是十分巨大。通過統計不同化合物濃度在同一種內飾件揮發性組分中的變異系數發現，除了座椅中的苯和甲醛以外，其余目標化合物在同種內飾件中的濃度變異系數均超過70%。本研究中的八種目標化合物在頂棚、主儀表板、地毯、座椅和門板中的平均變異系數分別為125%，221%，180%，117%及185%，如此大的變異系數暗示出一個可能的原因是不同的內飾件所采用的材質不同所造成。

假定CBTEXS(μg/m3)=C苯+C甲苯+C乙苯+C二甲苯+C苯乙烯，CAldehydes(μg/ m3)=C甲醛+C乙醛+C丙烯醛，則CBTEXS在頂棚測試中的濃度為326 ± 495 μg/m3，在主儀表板中的測試濃度為282 ± 887 μg/m3，在地毯測試中的濃度為369 ± 983 μg/m3，在座椅測試中的濃度為362 ± 464 μg/m3，在門板測試中的濃度為516 ± 727 μg/m3。而CAldehydes在頂棚測試中的濃度為266 ± 214 μg/m3，在主儀表板中的測試濃度為140 ± 238 μg/m3，在地毯測試中的濃度為155 ± 134 μg/m3，在座椅測試中的濃度為769 ± 657 μg/m3，在門板測試中的濃度為1704 ± 5608 μg/m3。具體統計數據見表2所示。

表2 各內飾件苯系物及醛酮物總濃度范圍Tab.e2 The concentration ranges of CBTEXS and CAldehydes in vehicle parts

從CBTEXS和CAldehydes的分布來看，在地毯和門板的揮發性有機組分中，CBTEXS總體大于CAldehydes，可見在本次測試的樣品中，苯系物在地毯和門板的揮發性組分中較醛酮類物質更加豐富；而在座椅和頂棚的揮發性有機組分中，CBTEXS總體小于CAldehydes，可見醛酮類物質在座椅和門板的揮發性組分中較苯系物更加豐富；而在主儀表板的揮發性組分中，CBTEXS和CAldehydes的數值兩者大致相當。不同種類物質的濃度在不同內飾件總成中的差異化表明不同的內飾件總成可能對車內空氣質量的貢獻比例并不相同。

3.2 VOCs組成分析

圖2 各部件單體VOC組成

Fig.2 The comprise of VOC concentration in vehicle parts

分別統計五種不同內飾件總成揮發性組分中各目標化合物的組成，其結果見圖2。從圖中可以看出，在頂棚的揮發性組分中，乙醛含量最高，約占30%，其次是甲醛和甲苯，分別占總體含量的27%及26%；在主儀表板的揮發性組分中，甲醛含量最高，約占總體的28%，其次是乙醛和甲苯，分別占到總體含量的24%及23%；在地毯的揮發性組分中，甲醛約占總體含量的31%，其次是二甲苯、乙醛以及甲苯，分別占到總體含量的20%、20%及17%；而在座椅的揮發性組分中，乙醛含量最高，約占總體含量的41%，其次是甲醛和甲苯，分別約占總體的30%及14%；門板的情況跟地毯相似，甲醛含量最高，約占總體的35%，其次是二甲苯及乙醛，約占總體的22%及21%，甲苯約占總體的15%。

3.3 材質對VOCs釋放的影響分析

3.3.1 頂棚

目前頂棚的骨架主要由PU復合板組成，大多數車輛會在復合板的表面加一層PET無紡布。現根據頂棚有無無紡布將頂棚分為兩類，一類為硬質頂棚(主要構成為PU復合板)，另一類為軟質頂棚(主要構成為PU復合板+PET無紡布)，其VOCs各組分濃度如上圖所示。從頂棚的主要幾類VOC物質以及TVOC(八種檢測目標物的總和)的濃度來看，添加無紡布的頂棚VOCs濃度更高。

3.3.2 主儀表板

圖4 材質類型對主儀表板VOCs濃度的影響Fig.4 Effect of material type onVOCs concentration of dashboard

將主儀表板根據材質種類分為兩類，一類是硬質主儀表板，一類是軟質復合型主儀表板。硬質主儀表板主要包括改性PP、ABS、PPO/HIPS等，軟質復合型主儀表板主要包括PVC/ABS、PUR-E等。從圖四中兩種類型主儀表板的各類VOCs濃度分布來看，硬質主儀表板的VOCs濃度明顯高于軟質復合型主儀表板。

3.3.3 地毯

圖5 材質類型對地毯VOCs濃度的影響Fig.5 Effect of material type onVOCs concentration of carpet

將地毯按照材質分為三類，第一類是PET，第二類是PET+PE，第三類是其他(主要包括PVC、復合EVA及PP等)，三類材質的地毯各VOCs濃度組成如圖五所示。從圖中的濃度分布來看，PET+PE的各組分VOCs濃度相對較高，而另外兩類材質的各組分VOCs濃度大致相當。

3.3.4 座椅

圖6 材質類型對門護板VOCs濃度的影響Fig.6 Effect of material type onVOCs concentration of door panels

座椅中的非金屬材料一般由聚氨酯泡沫加表層覆蓋物組成。根據座椅表面的覆蓋層材質將座椅分為三類，第一類是皮革，第二類是針織織物，第三類是是皮革和紡織品的混合物，三類座椅的各組分VOC濃度分布如圖六所示。從總體來看，針織織物覆蓋的座椅的各組分VOC濃度相對于皮革及混合類座椅的VOC濃度更高。

3.3.5 門護板

由于門護板的材質組成異常復雜，通常包括PP、改性PP、ABS、PVC、PET、EPDM-TDZO，還包括一些真皮、紡織品、中密度纖維板和膠粘劑等等，因此較難進行材質分組。分析本次研究的19類乘用車的門護板各VOCs的組分我們發現，使用中密度纖維板作為門護板原材料的17號樣品，其甲醛揮發濃度高達5980μg/m3，遠遠高于其它樣品的甲醛濃度。同時乙醛的揮發濃度為216μg/m3，也遠高于其它樣品的乙醛揮發濃度。

4 結論

(1)在頂棚、地毯、座椅、門護板和主儀表板這五種內飾件總成的揮發性組分中，以甲苯、二甲苯、甲醛及乙醛四種組分為主要成分。

(2)不同的汽車內飾件的VOC組分組成差異明顯，暗示出了不同的汽車內飾件對車內空氣質量的貢獻的差異性。

(3)通過對不同的汽車內飾件的材質進行分類，并統計材質對內飾件VOCs總成的影響，發現對于頂棚，添加無紡布的頂棚VOCs濃度更高；對于主儀表板，硬質主儀表板的VOCs濃度明顯高于軟質復合型主儀表板；對于地毯，PET+PE的各組分VOCs濃度相對其余材質類型更高；對于座椅，面料為針織織物的座椅VOCs濃度相較于皮革及混合面料的座椅更高；對于門護板，使用中密度纖維板的內飾件其醛類物質(主要是甲醛及乙醛)濃度遠遠高于未使用木質材料的門護板。