汽車整車內(nèi)部VOC檢測研究

李亞偉　安德英　孫濤　李曉?！⊥蹶环?/p>

摘 要：當今社會汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?，但汽車?nèi)部氣體污染嚴重威脅著人們的健康，因此汽車內(nèi)部易揮發(fā)性有機物（VOC）的檢驗研究愈發(fā)緊迫，本文從VOC 檢測角度闡述了汽車內(nèi)部VOC的來源、目前世界各主要國家整車VOC政策法規(guī)以及對汽車內(nèi)部VOC檢測影響較大的因素。通過介紹幾個主要國家的VOC檢測方法，分析了我國VOC檢測方面存在的不足，對車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測問題給出相應的意見，為車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測研究提供經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：車內(nèi)空氣污染;揮發(fā)性有機物;整車;檢測研究

1 引言

隨著我國汽車工業(yè)的全面快速發(fā)展，現(xiàn)已成為世界汽車制造大國。近年來我國機動車保有量及人均保有量迅猛增加，在給人們帶來交通便利和舒適生活的同時，也帶來了環(huán)境污染，車內(nèi)空氣質(zhì)量問題日益成為消費者關(guān)注的焦點[1]。車內(nèi)空氣的污染物主要是汽車內(nèi)飾材料釋放的VOC等有害物質(zhì)，VOC主要是指：在常溫條件下蒸氣壓較大的有機化學物質(zhì)，包括：烷烴、烯烴、芳香烴、醛類或酮類物質(zhì)。比較常見的有甲烷、苯、甲苯、苯乙烯、甲醛、丙酮等化學物質(zhì)，其中苯乙烯、甲苯以及甲醛等都是污染物，能對人體會產(chǎn)生較大傷害[2]。對于汽車內(nèi)部VOC污染問題，美國、歐洲、俄羅斯、日本等國家早已建立了以強制性標準為主的管理體系。2012年3月1日，我國實施的GB/T 27630-2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價指南》規(guī)定了車內(nèi)空氣中常見的污染物苯、甲苯、甲醛等8種物質(zhì)的檢測限值，該標準引導各車企開展汽車整車內(nèi)部VOC管理控制工作，但標準只針對整車的VOC含量限定，汽車的原材料和零部件并無相關(guān)國家標準，且該標準僅為推薦性標準，該標準難以支撐對汽車行業(yè)的監(jiān)管，不利于消費者判斷新車的VOC水平[3]。因此關(guān)于支撐強制性法規(guī)制定的汽車VOC檢測方面的基礎研究十分緊迫。

2 汽車內(nèi)部VOC的來源

汽車內(nèi)部VOC的來源廣泛，但主要來自于汽車內(nèi)部有機零部件及其裝飾材料中所殘留的有毒有害物質(zhì)的釋放、汽車外部污染物進入和汽車自身排放的有毒物質(zhì)的進入這三方面[4、5]。

2.1 汽車有機零部件及其裝飾材料中所殘留的有害物質(zhì)釋放

（1）塑料類材料：這類材料在車內(nèi)應用廣泛比如用于門板、儀表板、中控臺、副儀表板和座椅護板等內(nèi)飾，這類材料的主要污染來源于其成型時所使用的脫模劑，脫模劑的作用是能使塑料制品易與模具脫離。脫模劑在使用前也需要用有機溶劑將其分散均勻。這些有機溶劑含有較多的苯、甲苯、二甲苯等有機物，所以塑料制品是汽車內(nèi)部VOC的源泉之一。

（2）表面覆蓋物類材料：這類材料主要是皮革、織物、油漆等物質(zhì)。由于皮革、織物在其生產(chǎn)過程中不可避免地要加入一些顏料、助劑，用以改善材料的色澤、柔韌性，色牢度等性質(zhì)，這些添加的物質(zhì)，往往含有大量的醛酮類物質(zhì)。

（3）粘結(jié)劑類：粘結(jié)劑具有較強的粘合性，在汽車零部件中有大量的應用，比如用于地毯、頂棚等粘接，但粘結(jié)劑的主要成分是酚醛樹脂，其合成原料是甲醛和苯酚，所以粘結(jié)劑能揮發(fā)出較多的甲醛和苯酚等揮發(fā)性有機污染物。

（4）起緩沖作用的內(nèi)飾材料：這類材料主要是指聚氨酯發(fā)泡材料，聚氨酯（PU）是一種重要的合成發(fā)泡材料，目前以溶劑型聚氨酯為主，有機溶劑的揮發(fā)能產(chǎn)生大量的有機揮發(fā)物，包括對人體有害的甲苯和酮類物質(zhì)。聚氨酯在汽車內(nèi)部常作為發(fā)泡材料應用于頭枕、座椅、隔音材料、儀表盤、遮陽板、門板、頂棚襯里等內(nèi)飾件。

2.2 從汽車外部進入的污染物

當汽車外部空氣較差時，污染物會通過汽車門窗、車身縫隙、通風口或車上其他孔隙進入車內(nèi)，加深車內(nèi)污染程度，這類污染物主要有CO、NOX、烷烴、顆粒物等。

2.3 汽車自身排放的污染物進入車內(nèi)

汽車排放出的有毒有害物質(zhì)，包括CO、NOX、苯、烯烴、芳香烴等物質(zhì)會經(jīng)過逆流-反滲透-進入車內(nèi)空間，污染車內(nèi)空氣，其中甲苯污染最嚴重。

3 汽車內(nèi)部VOC的檢測分析方法

為有效應對車內(nèi)VOC污染，數(shù)十年前一些發(fā)達國家就制定了整車內(nèi)部VOC強制性標準，比如，俄羅斯在1998年發(fā)布了GOST R51206-98《乘客室和駕駛室內(nèi)空氣有害物質(zhì)含量》，日本在2005年實施了汽車行業(yè)標準《小轎車車內(nèi)空氣污染治理指南》等。

在國內(nèi)2008年3月1日，我國首次制定了車內(nèi)空氣樣品采集測定標準：HJ/T400-2007《車內(nèi)揮發(fā)性有機物和醛酮類物質(zhì)采樣測定方法》，2012年實施了GB/T27630-2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價指南》。GB/T27630-2011 指出車內(nèi)VOC中8種主要有害物質(zhì)的濃度上限，為汽車生產(chǎn)檢測增添了政策法規(guī)。

3.1 世界各主要國家對車內(nèi)VOC測試條件的規(guī)定如下

（1）俄羅斯GOST R51206-2004《乘客室和駕駛室內(nèi)空氣有害物質(zhì)含量》標準對所測車輛在23°C、50%濕度條件下進行測試。標準規(guī)定了兩個采樣模式：

a.模式一：以50公里/小時勻速行駛。在平整堅硬的路面上進行實驗，行駛20分鐘后進行采樣。

b.模式二：以生產(chǎn)商規(guī)定的發(fā)動機最小穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，運行20分鐘后進行采樣[6]。

（2）在日本《車內(nèi)VOC 試驗方法（乘用車）》規(guī)定，車內(nèi)污染物的測試分為三個部分：預處理階段、甲醛濃度測定階段和車內(nèi)其他有機揮發(fā)物濃度測定階段。預處理階段為將車輛放置在45℃的環(huán)境倉內(nèi)保持4.5小時;測甲醛階段，用DNPH采樣管采集車內(nèi)空氣30分鐘;車內(nèi)其他有機揮發(fā)物濃度測定階段，啟動發(fā)動機使空調(diào)正常工作，該階段車內(nèi)要保持溫度在23±2℃[7]。

（3）國內(nèi)HJ/T400-2007 規(guī)定的測試方法主要是：在環(huán)境溫度為23±1℃，相對濕度為50±10%條件下，將車廂完全打開，靜置至少6小時，然后將車輛封閉，室溫條件下靜置16小時后開始采樣[8]。

在對比各國的測試條件后，發(fā)現(xiàn)國外標準綜合考慮了多種采樣模式包括：行駛、怠速、靜止、高溫和室溫等取樣條件，能夠比較真實的模擬人在車中的情況。國內(nèi)標準僅考慮室溫下汽車內(nèi)部VOC的釋放情況，沒有動態(tài)條件下車內(nèi)VOC的情況。車輛行駛在路上，汽車自身排放的污染物和外界環(huán)境中的污染物很容易通過縫隙、管道等進入車內(nèi)，影響車內(nèi)空氣的質(zhì)量，給車內(nèi)成員造成危害。希望國內(nèi)標準能適當引入動態(tài)采樣模式，并在這方面逐步完善，以更好地指導乘用車內(nèi)部VOC的檢測與管控工作。

3.2 樣品的分析測試方法

綜合各國采樣方法，車內(nèi)易揮發(fā)性有機物的采樣分析方法主要是二次熱解析氣相色譜法：用填充有Tenax TA 固態(tài)吸附劑的采樣管來采集車內(nèi)空氣中的揮發(fā)性有機物，將氣體中的揮發(fā)性有機組份捕集在采樣管中，然后將二次熱解析揮發(fā)出來的有機物用毛細管氣相用色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀進行檢測[9]。醛酮類物質(zhì)的采樣分析方法主要是高效液相色譜法：采用表面涂漬有 2，4-二硝基苯肼（2，4-DNPH）的吸附柱，通過化學反應吸附劑的采樣管采集車內(nèi)甲醛、乙醛、丙烯醛等物質(zhì)，然后用乙腈洗滌采樣管，并萃取得到含有醛酮類物質(zhì)的液體，再通過高效液相色譜儀進行檢測[10]。

4 影響車內(nèi)VOC檢測的主要因素

影響車內(nèi)空氣污染物濃度的因素有很多，主要包括環(huán)境溫度、汽車通風狀況和車輛年齡等因素。除了這些之外，環(huán)境本底濃度對于汽車內(nèi)部VOC檢測影響也較大，是車在運行狀態(tài)下對車內(nèi)VOC測量結(jié)果影響較大的因素。因此，在進行車內(nèi)VOC檢測時，必須充分考慮這些因素[11]。

4.1 溫度

環(huán)境溫度對車內(nèi)VOC濃度影響很大，升高溫度會增加車內(nèi)VOC的釋放速度，如果通風不暢，污染物便迅速聚集直到固-氣兩相達到動態(tài)平衡。污染物濃度升高的根本原因是，高溫增加了車內(nèi)材料中含有的有機易揮發(fā)性成分的蒸氣壓，直到新的氣-固平衡出現(xiàn)。

4.2 通風狀況的影響

通風狀況決定著汽車內(nèi)外空氣交換的強度，空氣的流通對車內(nèi)污染物的集聚影響很大，能夠輕而易舉地改變車內(nèi)VOC的濃度。

4.3 環(huán)境本底濃度的影響

車在運動狀態(tài)下，由于車速、車輛海拔高度等因素的變化，車內(nèi)外的壓強差異也處于動態(tài)變化狀態(tài)，車內(nèi)外空氣不可避免地發(fā)生對流，所以，車輛在運動狀態(tài)下車內(nèi)空氣質(zhì)量受車外環(huán)境的空氣質(zhì)量影響較大。由于車輛自身密閉性問題，車外污染物易于流入車內(nèi)，此外，即使在空氣交換作用極其微弱的情況下，通過擴散作用，車外環(huán)境中的污染物也能進入車內(nèi)。

4.4 車齡的影響

不同車齡的汽車內(nèi)部空氣污染程度不同，由于新車內(nèi)部各零部件中由于生產(chǎn)工藝，原材料等原因而殘留不少易揮發(fā)性有毒有害物質(zhì)，隨時間的延長，污染物會逐漸揮發(fā)殆盡，因此在進行車輛內(nèi)部VOC檢測時應選取標準規(guī)定車齡的汽車進行檢測。

5 結(jié)語

汽車內(nèi)部VOC嚴重威脅著每個司機和乘客的健康，防治VOC污染任重道遠。本文綜合分析了車內(nèi)VOC的來源，試樣采集條件，氣體檢測法方法以及對檢測結(jié)果影響較大的內(nèi)外因素。通過對比不同國家汽車內(nèi)部VOC采樣方式的異同，認識到綜合考慮多種采樣條件包括：行駛、怠速、靜止、高溫和室溫等取樣條件，更能反映人與車的真實狀況。結(jié)合對檢測影響較大的環(huán)境本底濃度、通風狀況和車齡、溫度等因素，科學合理地設定車內(nèi)VOC采樣模式、檢測方法等參數(shù)，能夠得到更貼近實際的VOC數(shù)據(jù)。通過調(diào)控采樣環(huán)境使車輛處于不同工作狀態(tài)和不同的外界環(huán)境中進行檢測研究，可建立不同的測量體系框架，可為制定相關(guān)標準提供科學依據(jù)，為我國建立科學合理的汽車揮發(fā)性有害物質(zhì)管理體系奠定基礎。

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