汽車前風擋玻璃油霧現(xiàn)象分析及管控建議

顧娟,唐振華

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，寧波 315336）

引言

汽車前風擋玻璃內(nèi)側(cè)出現(xiàn)油霧沉積，夜間行車時會嚴重影響駕駛視線，具有安全隱患，且沉積的油霧不易擦洗清除，反復出現(xiàn)將一定程度影響駕駛體驗。從市場實際表現(xiàn)來看，冬天氣溫較低區(qū)域（如東北）或晝夜溫差較大地區(qū)汽車前風擋玻璃內(nèi)側(cè)反復出現(xiàn)油霧沉積的現(xiàn)象會相對嚴重，本文選擇某車型前風擋玻璃內(nèi)側(cè)油霧作為研究對象，分析了油霧的成分、成因并提出了相應的管控建議。

1 某車型前風擋玻璃內(nèi)側(cè)油霧成分分析

1.1 油霧現(xiàn)象描述

某車型前風擋玻璃內(nèi)側(cè)左下方出現(xiàn)嚴重油霧現(xiàn)象，油性物質(zhì)較難去除。

1.2 油霧成分分析方案

采用傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）、 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）、熱裂解-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（PY-GCMS）對油霧成分進行了分析，具體試驗方案如下：

1）取約3 g紅外光譜測試用溴化鉀碎晶，研磨成細粉后，鋪在風擋玻璃油霧處，用平頭刮勺反復在玻璃上輕搓溴化鉀粉末，使油霧物混入溴化鉀中；

2）取混合油霧物的溴化鉀粉末測試FTIR（壓片法）和PY-GCMS，剩余粉末采用丙酮超聲萃取后，測試GC-MS；

3）在前擋玻璃其他無油霧區(qū)域按照1)-2)步驟取樣并測試，作為空白參比樣。

1.3 測試結(jié)果分析

1.3.1 FTIR

圖1、圖2分別為前風擋玻璃內(nèi)側(cè)油霧區(qū)域及非油霧區(qū)域溴化鉀擦拭物的FTIR譜圖，兩者均在1 384 cm-1處均有較強的硝酸鹽特征吸收，來自玻璃本身。油霧區(qū)域較非油霧區(qū)域的FTIR光譜在1 730 cm-1（C=O伸縮振動）、1 466 cm-1（苯環(huán)骨架振動）、1 273 cm-1、1 122 cm-1（C-O-C伸縮振動）、1 073 cm-1、744 cm-1處有多處特征吸收峰，以上特征峰的存在可以確定鄰苯二甲酸酯類的存在[1]。從圖3油霧FTIR譜圖匹配可見，油霧成分與鄰苯二甲酸酯類的物質(zhì)譜圖的相似度為98 %。

圖1 油霧區(qū)域溴化鉀壓片的FTIR圖

圖2 非油霧區(qū)域溴化鉀壓片的FTIR圖

1.3.2 GC-MS

圖4為溴化鉀粉末丙酮萃取液的GC-MS譜圖的疊加對比圖（分別為油霧區(qū)域取樣溴化鉀粉末的丙酮萃取液/丙酮溶劑空白/非油霧區(qū)域取樣溴化鉀粉末的丙酮萃取液），通過對比可以發(fā)現(xiàn)，三者譜圖在11.855 min均出現(xiàn)了丙酮溶劑峰，溴化鉀擦拭粉末丙酮萃取液均出現(xiàn)了保留時間在15.888 min的色譜峰（經(jīng)MS譜庫檢索為油酸酰胺），且油霧區(qū)域萃取液較非油霧區(qū)域萃取液GC-MS譜圖中多了16.245 min處的色譜峰，通過MS譜圖檢索，該色譜峰匹配為鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)，可能為鄰苯二甲酸二異癸酯（參見圖5）。1.3.3 PY-GCMS

圖3 油霧區(qū)域FTIR譜圖匹配

圖4 溴化鉀粉末丙酮萃取液的GC-MS譜圖

圖5 RT16.245 min色譜峰MS譜庫檢索結(jié)果

圖6為溴化鉀粉末裂解后的TIC譜圖，如圖可見非油霧區(qū)域未檢出有效成分，而油霧區(qū)域在保留時間為16.055 min出現(xiàn)了明顯色譜峰，經(jīng)MS譜圖檢索（參見圖7）表明油霧區(qū)域的擦拭溴化鉀粉末中檢出率明顯的鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)（可能為鄰苯二甲酸二異癸酯）。

圖6 溴化鉀粉末裂解物的TIC譜圖

圖7 RT16.055 min色譜峰MS譜庫檢索結(jié)果

1.3.4 油霧成分分析結(jié)果總結(jié)

通過以上FTIR、GCMS、PY-GCMS分析可知，非油霧區(qū)域玻璃內(nèi)表面含有硝酸鹽及油酸酰胺，而油霧區(qū)域玻璃內(nèi)表面除含有硝酸鹽及油酸酰胺，還含有大量的鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)(可能為鄰苯二甲酸二異癸酯)，此物質(zhì)是油霧的主要成分。

2 油霧成因分析及管控建議

2.1 油霧成因分析

該車型前風擋玻璃內(nèi)側(cè)出現(xiàn)油霧現(xiàn)象的實際車輛使用工況如下：

車輛所在地區(qū)：東北地區(qū)

車外溫度：-20 ℃左右

車內(nèi)溫度：空調(diào)制暖≥26 ℃狀態(tài)

油霧現(xiàn)象發(fā)生狀態(tài)描述：車輛行駛一段時間后便會出現(xiàn)油霧沉積，較難清洗，且反復出現(xiàn)。

油霧來源可能為：①發(fā)動機艙及車外空氣污染源進入車內(nèi)在車窗玻璃冷凝；②空調(diào)系統(tǒng)壓縮機油、鼓風機內(nèi)部油脂受熱揮發(fā)進入車內(nèi)在車窗玻璃冷凝；③內(nèi)飾材料/輔料/油脂（如儀表板橫梁防銹油等）受熱揮發(fā)在車窗玻璃冷凝。結(jié)合油膜成分分析結(jié)果及現(xiàn)場排查，排除①、②，初步鎖定油霧來源于車內(nèi)。

鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)屬于中等沸點的半揮發(fā)性物質(zhì)（SVOC），是常用的塑料增塑劑，廣泛應用于軟質(zhì)高分子制品中，以提升產(chǎn)品的軟化度、可塑性。當車外溫度較低，車內(nèi)空調(diào)制暖長時間運行后，車內(nèi)環(huán)境中的各類內(nèi)飾材料/輔料/油脂（如各類金屬潤滑酯、防銹油脂等）中的SVOC類物質(zhì)如鄰苯二甲酸酯在車內(nèi)溫度較高情況下易揮發(fā)，當前風擋玻璃與車廂內(nèi)存在溫度差時，揮發(fā)出的SVOC類物質(zhì)易在其表面冷凝并逐漸形成薄薄一層油霧，這也是寒冷冬天以及存在明顯晝夜溫差區(qū)域（如沙漠地區(qū)）的車輛出現(xiàn)該問題的比例較高的原因。

2.2 管控建議

車內(nèi)環(huán)境已經(jīng)成為了除室內(nèi)環(huán)境之外人暴露時間最長的封閉環(huán)境，因此對車內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量的管控成了汽車行業(yè)近年來的重點。國家相關(guān)部門相繼出臺了HJ/T 400-2007《車內(nèi)揮發(fā)性有機物和醛酮類物質(zhì)采樣分析方法》[2]及GB/T 27630-2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價指南》[3]，對車內(nèi)空氣中的苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、乙醛及丙烯醛含量進行了嚴格的管控，但以上均屬于極易揮發(fā)性有機物（VVOC）及易揮發(fā)性有機物（VOC），針對SVOC類物質(zhì)國家層面并未出臺相應標準，目前各車企針對SVOC類物質(zhì)均進行了霧化（Fogging）的指標管控，但管控方法各異，歸納起來分為重量法及光澤度法，針對Fogging測試目前行業(yè)內(nèi)使用較多的有DIN 75201[4]、SAE J 1756[5]、ISO 6452[6]等標準。

2.2.1 Fogging-重量法

重量法的測試原理：將內(nèi)飾材料/輔料/油脂等置于霧化杯中（樣件及鋁箔放置參見圖8），一定溫度加熱一定時間，加熱物質(zhì)中的SVOC及難揮發(fā)類物質(zhì)揮發(fā)并在冷卻板下的鋁箔上冷凝，測試試驗前后鋁箔上冷凝物質(zhì)的增重即為Fogging值。重量法重點考察的是冷凝物質(zhì)的揮發(fā)量，但卻無法直接考察冷凝物質(zhì)在玻璃表面沉積對于駕駛視線的影響。

圖8 Fogging-重量法霧化杯樣件放置示意圖

2.2.2 Fogging-光澤度法

光澤度法的測試原理：將內(nèi)飾材料/輔料/油脂等置于霧化杯中（此方法無圖8 示意中的鋁箔，冷凝物質(zhì)直接沉積在玻璃板上），一定溫度加熱一定時間，加熱物質(zhì)中的SVOC及難揮發(fā)類物質(zhì)揮發(fā)并在冷卻板下的標準玻璃板上冷凝，測試試驗前后玻璃板上冷凝物質(zhì)沉積對于玻璃光澤的影響即為Fogging值。光澤度法相較于重量法，能夠直觀考察冷凝物質(zhì)在玻璃表面沉積對于駕駛視線的影響，與實際車內(nèi)環(huán)境存在SVOC類物質(zhì)對于駕乘體驗的影響表征一致。

綜上，針對車廂內(nèi)飾材料/輔料/油脂等散發(fā)出的SVOC類物質(zhì)管控，建議重量法與光澤度法同時管控，既能管控總量確保車內(nèi)環(huán)境的環(huán)保性也能直觀管控SVOC類物質(zhì)在前擋風玻璃、前車門玻璃等區(qū)域沉積影響駕駛視線的風險。

3 結(jié)語

1）本文通過溴化鉀擦拭取樣法并采用FTIR、GCMS、PY-GCMS聯(lián)合分析手段對某車型前風擋玻璃內(nèi)側(cè)油霧成分進行了分析，結(jié)果表明鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)為造成油霧的主要成分；

2）通過對前風擋玻璃油霧產(chǎn)生的實際工況及霧化現(xiàn)象發(fā)生的基本原理進行分析，推斷油霧產(chǎn)生的原因是車廂內(nèi)部與外部存在明顯溫差的情況下，車內(nèi)環(huán)境中的材料/輔料/油脂中的鄰苯二甲酸酯類SVOC物質(zhì)受熱揮發(fā)并冷凝在玻璃表面所致；

3）針對鄰苯二甲酸酯類SVOC物質(zhì)的管控，通過對比分析行業(yè)內(nèi)主流的重量法及光澤度法的優(yōu)缺點，基于車內(nèi)環(huán)保型及實際客戶使用場景駕駛視線影響風險管控角度，提出了應同時采用重量法及光澤度法進行管控的建議，為各車企霧化標準的制定提供了參考。