汽車頂棚常見VOC不合格問題原因剖析與改善

付鑫，李海青，郭秋彥，岳平

汽車頂棚常見VOC不合格問題原因剖析與改善

付鑫，李海青，郭秋彥，岳平

（浙江吉利汽車研究院有限公司，浙江 寧波 315336）

文章歸納總結了汽車頂棚包括干法頂棚、濕法頂棚常見的VOC即揮發性有機物當中的如甲苯、二甲苯、乙醛超標或含量過高現象產生的原因，借助GC-MS（氣質聯用儀）和HPLC（高效液相色譜）分析原材料數據，同步從生產過程工藝進行排查不合格原因，進一步解決頂棚VOC超標或含量過高問題。以期協助車內空氣質量從業人員快速鎖定并解決頂棚VOC不合格問題。

汽車頂棚；VOC；原材料；生產工藝過程

1 前言

2019年中國公安部數據顯示，2019年末全國民用汽車保有量26150萬輛（包括三輪汽車和低速貨車762萬輛），相比2018年增長了8.83%。其中私人汽車保有量22635萬輛，增加1905萬輛。此數據足以表明，汽車早已融入人們的日常生活，而車內空氣質量也同駕乘人員的健康緊密聯系在一起，備受消費者關注。

國家于2011年正式發布推薦性標準《乘用車內空氣質量評價指南》（GB/T27630-2011）來約束整車內如苯、甲苯、甲醛、乙醛等八項物質的限值，該標準上升為國家強制性標準指日可待。2020年4月中國環境保護產業協會標準《汽車內飾產品環境污染物控制技術要求（征求意見稿）》發出征求意見函，該標準的推出意味著國家層面對車內揮發性有機物的管控由整車進一步下沉至車內零部件的管控。而汽車頂棚作為汽車內部表面積最大的零部件之一，其VOC的散發與貢獻量不容小視，本文整理了頂棚常見的VOC不合格物質案例，并針對性地進行分析，進而從原材料及生產過程工藝著手進行優化。

2 VOC整改實例

2.1 頂棚分類

頂棚根據生產工藝不同可分為干法頂棚與濕法頂棚。干法頂棚生產過程：PU基材：底層無紡布→撒玻纖→撒膠粉→放PU板→撒玻纖→撒膠粉→加熱復合；面料層+PU基材經冷模壓成型。濕法頂棚生產過程：PU基材：PU板滾膠（PUR膠粘劑）→噴水→反應后的PU板上下分別疊加無紡布、玻纖氈→熱模加熱定型；面料層滾膠或PU基材噴膠經熱模模壓成型。

從兩種工藝用材中不難看出濕法頂棚生產使用較多的膠水，尤其是面料粘接使用的膠水受成本、設備、環境等的影響因素，當前多數使用溶劑型膠水，因此此類濕法頂棚的揮發性有機物含量較干法含量較多，環保性差。針對揮發性有機物含量的降低方案推薦是使用環保型水性膠。

2.2 VOC不合格實例

2.2.1 甲苯含量超標

2000L袋子法60攝氏度2小時測試結果如下：

表1 測試結果-1

注：ND表示未檢出，低于報告檢出限；單位ug

此頂棚為干法頂棚，單獨對頂棚面料、基材做2000L袋子法測試結果如下：

表2 測試結果-2

以上數據可以看出甲苯超標的原因并非頂棚主材所帶來，故將問題來源鎖定于頂棚總成輔料—膠粘劑，該頂棚總成中使用膠粘劑部位有墊塊粘接、線束粘接、頂燈等塑料件粘接，此類膠水均為熱熔膠，可排除是此類膠水帶來的問題。另一類該頂棚使用的膠水為溶劑型膠粘劑—氯丁膠，使用部位有天窗框粘接膠、包邊膠，且涂抹方式為人工涂抹，涂抹量不確定。通過查找氯丁膠相關文獻及MSDS了解到，該非環保型氯丁膠中使用的溶劑為甲苯、丙酮、丁酮，正己烷，溶劑含量占比約為70%，因此證明頂棚甲苯含量超標的原因是該氯丁膠引起的。

整改方式一：更換環保型氯丁膠，溶劑型氯丁膠膠粘劑的主要危害來自于溶劑，則環?；年P鍵點也在于溶劑[1]，在選取環保型膠粘劑過程中可通過其MSDS來進行初步判斷，后進行實際使用測試選定。同時需要規范人工途徑路徑以及涂膠量，來保證產品一致性。

整改方式二：將包邊膠、天窗框粘接膠改為環保型PUR熱熔膠。該類膠水可有效減少揮發性有機物含量，且可實現機械自動化，缺點為設備投入較大，工裝及熱熔膠膠機，機械手等全套設備金額約在100萬左右。

2.2.2 二甲苯含量超標

2000L袋子法60攝氏度2小時測試結果如下：

表3 測試結果-3

結合甲苯不合格對面料與基材的數據分析，可得二甲苯超標并非來自于面料與PU基材。通過對該頂棚供應商生產現場的走訪，跟蹤整個頂棚生產過程發現，該頂棚天窗框粘接蘑菇搭扣時使用一種氣味非常刺激的底涂漆，且操作人員將該底涂漆涂滿整個天窗框，粘貼蘑菇搭扣后頂棚置于成品架上，無特殊通風處理。查找該供應商使用的底涂漆MSDS發現其中二甲苯含量占比20-35%，基本鎖定該頂棚二甲苯超標來源。

表4 某底涂漆成分表

底涂漆的作用：使用底涂漆進行金屬框表面清潔，確保粘接力更強，保證蘑菇搭扣粘接牢固。

整改方式一：選用水性底涂漆，優點：揮發性有機物含量少，有效減少揮發性有機物污染，缺點：溶劑（水）揮發慢，效率低，蘑菇搭扣粘貼效果差。

整改方式二：選用氣味VOC表現均較好的熱熔膠代替溶劑型底涂漆。

整改方式三：嚴格控制加強框的清潔度（天窗框保持清潔狀態，使用包覆膜進行防塵保護），取消底涂,使用天窗預埋工藝。首先需要滿足天窗框來料干凈無塵—塑料薄膜包覆，在面料與基材復合時將天窗框放置于模具中，同步模壓，干法濕法均可使用。

圖1 濕法頂棚預埋過程

2.2.3 乙醛含量超標

2000L袋子法60攝氏度2小時測試結果如下：

表5 測試結果-4

此款不合格頂棚為濕法工藝頂棚，對該頂棚用材進行逐一分析，針織面料揮發性有機物含量較低，可排除；PU基材滾膠量是否存在偏差，經排查機械滾膠量在規定范圍內，可排除；成型骨架噴膠（溶劑型膠水），目前成型骨架噴的溶劑膠為人工手工噴涂，存在較大不確定性且人工噴膠量無法量化僅靠目測膠量，是導致本次試驗失效的主要原因之一；另一乙醛超標的原因來自于PU基材本身，通過查找相關文獻知，在多元醇生產或存儲過程中，由于原料、生產工藝、倉儲條件等原因，不可避免的含有一定的醛類物質，且乙醛含量多于甲醛含量，這些醛類物質則是PU基材中主要醛類貢獻源[2]。PU發泡在發泡反應過程中也會產生乙醛。

整改方式一：解決溶劑膠噴膠量不均問題--采用全自動噴涂機器人進行噴膠，可以固化噴涂膠量、噴涂面積。

整改方式二：將溶劑膠水改為水性膠，成品建立烘房，加快水性膠水分揮發。

整改方式三：采用面料滾膠工藝來實現膠量固定且分布均勻，面料滾膠的另一個優勢在于膠水可使用無溶劑的聚氨酯膠水，而噴膠工藝中的膠水需要添加分散劑與增稠劑來提高霧化性。

以上辦法可從根本上解決因噴膠不均、溶劑膠水本身帶來的揮發性有機物超標問題。

PU基材醛類物質含量優化：PU發泡原材料來料檢驗進行嚴格監控，甲醛、乙醛含量異常需拒收。聚氨酯成品泡沫塊屬于光熱敏感材料，過熱或陽光直射會發生降解氧化生產醛類物質，故其熟化應保證干燥、通風、避免陽光直射，并盡可能的延長熟化放置時間，一般要求熟化至少72小時以上，切片后PU基材同樣要求通風避光倉儲。

2.2.4 外界污染物引入

頂棚針織面料與PU基材均屬于疏松多孔結構，極易吸附外界揮發性有機物并殘留。

某次抽檢干法頂棚乙醛超標，再次復檢合格，說明該問題屬于一致性符合問題。檢測及排查過程檢測結果如下表：

表6 測試結果-5

通過以上實驗證明干法頂棚生產過程中使用到的各種材料均能滿足VOC要求，抽檢不合格頂棚非主要用材帶來的。通過對干法頂棚生產過程進行排查，找出的變異點如下：

（1）頂棚包邊使用的螺旋PUR膠在使用后需要對膠機的噴嘴進行清理，而清理方式是將噴嘴放入二氯甲烷溶劑中浸泡，來保證槍頭的通暢。

對二氯甲烷溶液進行VOC檢測，檢測結果表現為二氯甲烷的VOC值中醛類含量較高；是造成乙醛不合格的主要原因。

表7 VOC檢測結果

（2）頂棚在生產過程中偶爾會產生表面臟污，使用面料清洗劑清洗頂棚，而該清洗劑由羧酸的鈉鹽R-CO2Na，合成色素、合成香料、防腐劑、抗氧化劑、發泡劑、硬化劑、粘稠劑、合成界面活性劑組成，使用后易造成有機物殘留，從而影響了產品的VOC性能。

整改方式一：更改噴嘴的清理方法，取消二氯甲烷溶劑的浸泡方式，將清理噴嘴的方式改用熱風槍烘烤。保證噴嘴的正常使用。

整改方式二：若頂棚面料部位出現臟污的問題，不使用面料清洗劑等溶劑型清洗產品，進行產品表面的清理工作，改為采用30%含量的酒精進行產品臟污的返工工作。保證產品的VOC指標。

3 總結

揮發性有機物雖看不見，甚至不易被人嗅辨察覺，但是卻可以通過GC-MS、HPLC準確檢測出不合格或含量過高的風險物質，借助儀器對用材進行VOC分析、生產現場跟蹤走訪來發現問題的產生原因。

通過對常見的頂棚不合格揮發性有機物的總結不難看出，頂棚的揮發性有機物影響因素諸多，常見于其PU基材本身、輔料中使用的膠水、底涂漆以及不易被重視的外界污染引入等等。因此為保障頂棚的綠色環保生產，需要考慮整個頂棚生產過程中的用材及工藝，選擇綠色低散發原材料及工藝，減少不必要的外界污染引入，從而從根本上保證頂棚總成的低散發性，量產產品的批量品質一致性。

[1] 李子東,李廣宇,何紅波,于敏.溶劑型膠粘劑的環保化[J].粘接,2002, 23(6):36-39.

[2] 董志方,朱維珍.聚氨酯泡沫塑料中醛類物質檢測[J].聚氨酯工業, 2017,32(5):73-74.

Analysis and Improvement of Common VOC Disqualification Problems in Automobile Ceiling

Fu Xin, Li Haiqing, Guo Qiuyan, Yue Ping

（Zhejiang Geely Auto Research Institute Co. Ltd., Zhejiang Ningbo 315336 )

This paper sum up the automobile ceiling including dry and wet ceiling. The VOC that is the volatile organic compounds, such as toluene, xylene, acetaldehyde over weight or over the limiting value. With the aid of GC-MS and HPLC analysis of material data, synchronization from the production process for screening unqualified reason, further solve the problem of ceiling VOC content overweight or too high. In order to help the in-car air quality professionals to solve the unqualified problem of roof VOC.

Automobile ceiling;VOC;Material;productive process

A

1671-7988(2020)24-147-03

U466

A

1671-7988(2020)24-147-03

付鑫（1989.11-），女，就職于浙江吉利汽車研究院有限公司。主要負責車內空氣VOC與氣味正向開發與量產車型車內空氣質量改善工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.048

CLC NO.: U466