汽車非燃油相關(guān)材料蒸發(fā)排放物質(zhì)分析研究

李晶　段肖寧　王坤　武金娜　王崇　邊欣

摘 要：基于某車型整車份樣品進(jìn)行非燃油相關(guān)部件及材料的蒸發(fā)污染物排放及污染物濃度及種類分析，其中包括白車身、車身部件、底盤、電氣、動力、輪胎、內(nèi)飾件及座椅8大系統(tǒng)部件。結(jié)果表明：非燃油相關(guān)的部件的蒸發(fā)污染物排放值可占國標(biāo)限值0.64g;不加燃油的整車產(chǎn)生的主要蒸發(fā)污染物為苯、二甲苯、乙苯、甲基異丁基甲酮以及醇類等物質(zhì)，其中苯、二甲苯、乙苯等物質(zhì)主要來源于橡膠管、汽車密封條、地毯織物、隔音隔熱墊、座椅的皮革發(fā)泡等、車身膠類、阻尼墊等部件;甲基異丁基甲酮是由輪胎提供的污染物。同時，進(jìn)一步從物質(zhì)分析、來源排查及削減定位這一過程提出了相應(yīng)的管控削減方案。

關(guān)鍵詞：非燃油相關(guān)部件及材料 蒸發(fā)污染物質(zhì) 管控方法 減排

Study and Analysis of Evaporative Emissions of Automobile Non-fuel-related Parts and Materials

Li Jing Duan Xiaoning Wang Kun Wu Jinna Wang Chong Bian Xin

Abstract：The emission test and substance type analysis of evaporative pollutants for non-fuel related parts and materials of vehicle were carried out. These include eight body components： body-in-white， body parts， chassis， electrical， power， tires， interior parts and seats. The results show that the emission value of evaporative pollutants from non-fuel-related components can account for the national standard limit of 0.64g; the main evaporative pollutants produced by non-fuel-related vehicles are benzene， xylene， ethylbenzene， methyl isobutyl ketone， and alcohol. Materials such as benzene， xylene， ethylbenzene， etc. are mainly derived from rubber tubes， car seals， carpet fabrics， sound insulation pads， leather foaming of seats， body rubber， damping pads and other components; Isobutyl ketone is a pollutant provided by tires. At the same time， a corresponding management and reduction plan was proposed from the process of material analysis， source investigation and reduction positioning.

Key words：non-fuel-related parts and materials， evaporative emissions substances， control method， emissions reduction

1 引言

2016年12月，我國環(huán)境保護(hù)部發(fā)布GB18352.6-2016《輕型車汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（下文簡稱“國六排放標(biāo)準(zhǔn)”），與第五階段的標(biāo)準(zhǔn)相比[1]，新標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)蒸發(fā)排放控制要求，延長測試時間至48h，限值要求第一類車由原來的2g/test加嚴(yán)到0.7g/test。同時，該標(biāo)準(zhǔn)要求，自2020年7月1日起，所有銷售和注冊登記的輕型汽車應(yīng)符合6a限值要求，自2023年7月1日起，所有銷售和注冊登記的輕型汽車應(yīng)符合6b限值要求，實施時間緊迫。我國企業(yè)面臨著巨大的對整車進(jìn)行蒸發(fā)污染物排放削減及控制的法規(guī)要求。汽油輕型車的蒸發(fā)排放是大氣VOC污染的主要源頭，嚴(yán)重影響了我國的空氣質(zhì)量。因此從長遠(yuǎn)的社會環(huán)保要求來看[2]，汽車生產(chǎn)企業(yè)在滿足現(xiàn)有法規(guī)蒸發(fā)污染物要求的基礎(chǔ)上，還需要進(jìn)一步嚴(yán)格的控制和降低汽車產(chǎn)品在全生命周期的蒸發(fā)污染物排放，目前在歐美國家已經(jīng)有零蒸發(fā)排放的車輛設(shè)計和生產(chǎn)，這是我國汽車蒸發(fā)排放控制的一個目標(biāo)。

輕型車的蒸發(fā)排放來源主要可分為燃油蒸發(fā)排放和非燃油蒸發(fā)排放。當(dāng)前汽車生產(chǎn)企業(yè)主要對燃油的蒸發(fā)排放進(jìn)行控制和削減。這方面的控制以日本和美國最為先進(jìn)[3]，燃油的蒸發(fā)排放主要發(fā)生在車輛加油、晝間停放、行駛和滲透過程中，企業(yè)通過對碳罐設(shè)計改進(jìn)、增加油氣回收系統(tǒng)（ORVR）和車載診斷系統(tǒng)（OB）等方式減少這些過程中的排放。非燃油的蒸發(fā)排放[4]，是指汽油車上的除燃油以外的部件產(chǎn)生的蒸發(fā)排放。汽車上有相當(dāng)多的非金屬材料，例如塑料、發(fā)泡材料及橡膠類材料生產(chǎn)的部件，它們會持續(xù)散發(fā)出VOCs物質(zhì)，產(chǎn)生蒸發(fā)排放。我們對國內(nèi)幾家主要的主機廠的汽車的材料的蒸發(fā)污染排放水平進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)非燃油的蒸發(fā)排放水平普遍較高，不容忽視。

為了滿足緊迫的國六法規(guī)要求，也為了長遠(yuǎn)來實現(xiàn)整車排放削減的目標(biāo)，降低整車蒸發(fā)排量，不僅需要從燃油的蒸發(fā)排放入手，也應(yīng)關(guān)注非燃油部件產(chǎn)生的蒸發(fā)排放[5]。非燃油部件及材料的蒸發(fā)污染物排放，之前國內(nèi)沒有重視，關(guān)注度不高，研究經(jīng)驗較少，非燃油部件的蒸發(fā)污染物種類不明，造成管控削減方向也不明朗?，F(xiàn)在關(guān)注后發(fā)現(xiàn)沒有相關(guān)檢測方法和經(jīng)驗積累。目前國內(nèi)在汽車非燃油相關(guān)車用部件蒸發(fā)排放污染物方面的研究相對滯后，且多停留在車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測方法與分析上。國外以歐美國家為代表，由于其具有發(fā)達(dá)和高要求的零部件及材料的生產(chǎn)管控，因此對非燃油部件的蒸發(fā)排放控制多作為企業(yè)內(nèi)部常規(guī)管控要求，鮮少拿出來進(jìn)行交流和討論，我們較難獲取到相關(guān)測試信息。

行業(yè)對車內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行管控，所以已經(jīng)對內(nèi)飾件有VOC管控要求，其中甲苯、乙苯、二甲苯三種物質(zhì)均為VOC需要管控的物質(zhì)，因此內(nèi)飾件的主要蒸發(fā)污染物的削減管控可通過VOC管控來實現(xiàn)。

4.7 座椅系統(tǒng)蒸發(fā)污染物分析

對整車份座椅系統(tǒng)試驗過程中采集的熱浸階段、第24h熱浸階段以及第48h熱浸階段的蒸發(fā)污染物氣體樣品進(jìn)行分析，綜合分析后得到其主要污染物種類及濃度占比見表8。

由表8可知，座椅系統(tǒng)對整車（不加燃油）需要重點甲苯、乙苯和二甲苯物質(zhì)有較大的貢獻(xiàn)[11]。由VOC試驗經(jīng)驗可知，以上三種物質(zhì)主要來源于座椅的發(fā)泡部分，可對座椅的發(fā)泡進(jìn)行重點關(guān)注和相應(yīng)物質(zhì)的削減。

4.8 整改建議

目前針對VOC的管控大概為以下幾個方面：首先從源頭上控制高分子原材料的VOC含量，即選擇小分子含量低的原材料;其次，完善高分子材料的后處理工藝，使材料的VOC在加工過程中盡可能多的揮發(fā)出去;同時，優(yōu)化車內(nèi)空氣循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計，增大車內(nèi)空氣空氣流通速率;最后，從消費者端控制VOC的含量，如利用空氣凈化技術(shù)、吸附劑等對車內(nèi)VOC進(jìn)行吸附[12]?？舍槍ζ嚪侨加拖嚓P(guān)材料蒸發(fā)排放分析來進(jìn)行VOC排放削減。

4.9 其他

不加燃油整車的整車的另外2種蒸發(fā)污染物2-乙基己醇和丁醇均未在8個系統(tǒng)的主要污染物中對應(yīng)到，分析可能的原因是，這兩類物質(zhì)具有較強的揮發(fā)性，一般添加于增塑劑及橡膠制品，因此多存在于塑料制品和橡膠制品中。在不加燃油的整車試驗試驗結(jié)束后，陸續(xù)經(jīng)過3個月的時間完成系統(tǒng)的拆解和試驗，醇類物質(zhì)可能在此過程中產(chǎn)生較多的揮發(fā)，因此在系統(tǒng)試驗中未檢測到大量的該兩種物質(zhì)。

5 結(jié)論

（1）非燃油相關(guān)部件的蒸發(fā)污染物排放不容忽視，非燃油相關(guān)的部件的蒸發(fā)污染物排放值可占國標(biāo)限值0.64g（扣除劣化系數(shù)后的）的40%～150%，因此要削減整車的蒸發(fā)污染物排放不能忽視非燃油相關(guān)部件的影響。

（2）不加燃油的整車產(chǎn)生的主要蒸發(fā)污染物為苯、二甲苯、乙苯、甲基異丁基甲酮以及醇類等物質(zhì)。通過對此主要蒸發(fā)污染物進(jìn)行來源排查及削減定位，可為企業(yè)進(jìn)行蒸發(fā)污染物的管控的削減提供切實可行的參考。

（3）不加燃油的整車的主要蒸發(fā)污染苯、二甲苯、乙苯等物質(zhì)主要來源于橡膠管、汽車密封條、地毯織物、隔音隔熱墊、座椅的皮革發(fā)泡等、車身膠類、阻尼墊等部件。對此類部件的主要污染物可從整改建議中的管控方法進(jìn)行管控。

（4）污染物甲基異丁基甲酮是由輪胎提供的污染物，在輪胎制品中作為溶劑，因此，通過削減該種溶劑、或者換用其他不易揮發(fā)的溶劑，或者對輪胎進(jìn)行溶劑烘烤處理，都可能有效降低該種污染物質(zhì)的蒸發(fā)排放量。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.輕型汽車污染物排放限值及測量方法[EB/OL].（2016-12-23）[2017-07-27].

[2]劉蔚.汽油揮發(fā)污染環(huán)境，浪費資源，影響健康，油氣回收化污染為財富[N]. 中國環(huán)報，2005-12-23.

[3]劉隆嬌，蔣金隆.淺析車輛蒸發(fā)污染物排放及系統(tǒng)優(yōu)化[J].汽車與駕駛維修，2017，04：148-149.

[4]王帥，李飛，王隆宇.國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)污染物蒸發(fā)排放控制[J]，汽車工程師，2017（8）：12.

[5]崔鵬輝，馬成君.論汽車燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)[J].工程技術(shù)（引文版），2016（12）：17.

[6]李柏志.環(huán)境空氣中揮發(fā)性有機物監(jiān)測技術(shù)研究進(jìn)展[J]，黑龍江環(huán)境通報，2018（06）：83-87.

[7]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部. 車內(nèi)揮發(fā)性有機物和醛酮類物質(zhì)采樣測定方法[EB/OL].（2007-12-07）.

[8]T/CSAE 121-2019，非燃油相關(guān)車用部件及材料蒸發(fā)性污染物排放測試方法[S].

[9]王紅，王正萍，何重輝，等.氣-質(zhì)聯(lián)用及感官氣相色譜法測定 輪胎中的揮發(fā)性異味物質(zhì)[J].分析試驗室，2017，36（6）：671-675.

[10]王國友.淺談汽車內(nèi)飾件VOC控制策略[J].汽車材料與涂裝，2018（18）：265-267.

[11]薛振榮.座椅總成VOC揮發(fā)性能的改進(jìn)[J].化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2017，15（2）：81-83.

[12]劉丹鳳，薛飛，江楠，艾森林，宮寶利，李偉.高分子材料對車內(nèi)VOC含量的影響及控制[J].汽車工藝與材料，2019（12）：44-48.