某車型氣味性能的分析與整改

趙福，任明輝，韓亞萍，郭秋彥，馬秋

(吉利汽車研究院(寧波)有限公司，浙江寧波 315336)

0 引言

2020年自年初在新冠疫情的沖擊下，人們對健康防護的重視提升到了一個新高度，也鞭策著車企在健康領域思考變革。如吉利在2月份提出了 “健康汽車”的概念，并進行專項投資開發。“健康汽車”主要是圍繞車內空氣質量的提升這一主題而展開的。車內空氣質量已是消費者衡量汽車品質的重要指標之一，事實上近年來為提升自身品牌綜合競爭力，吉利一直致力于改善車內空氣質量研究開發，截至當前已建有完善的內部氣味管控制度、氣味試驗室以及專業的研究團隊。只是由于疫情，大家對車內空氣質量的關注提高到空前高度，這也促使了吉利汽車對“健康汽車”更深層次的思考。

1 車內空氣質量

當前車內空氣質量主要從兩方面進行評判，一是國家標準即車內揮發性有機物的測試，二是氣味評價，這是各大車企依據自身產品特性結合相關的法規要求而制定的企標。

1.1 車內揮發性有機物(VOC)

目前中國、歐洲、美國、日本等主流汽車市場均對車內揮發物均有標準要求。我國也已建立相應的管控標準。《HJ/T400—2007 車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法》標準的建立，為汽車行業車內空氣狀態的檢測提供了依據。近年來又陸續有相關標準法規出臺，圖1是近年來國內汽車VOC管控標準發展進程。國內對VOC簡要來說就是“五苯三醛”[1]，即苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛。

圖1 近年來國內汽車VOC管控標準發展進程

1.2 氣味評價

氣味評價等級目前仍需要以人為主體進行評價，因氣味主觀感知差異導致評價結果不盡相同。目前尚未形成汽車行業的統一標尺，主要由主機廠以各自企標來進行管控。不同汽車企業氣味評價方法也各有不同。如德系采用不同溫度區間，樣品需進行干法和濕法測試，最高氣味等級為6級。美系標準參考了德系標準，不同的是將樣品分為直接照射和非直接照射，后采用不同的溫度等后處理方式，結果是按十級等級來評定氣味等級的，目前吉利也采用十級的標準進行氣味評價。日系標準，相對來說，取樣更為精細，比較復雜。日系結果是以5級評價，1級最差，5級最好[2]。

1.3 車內空氣質量改進思路

首先由氣味評價員主觀排查，結合氣相色譜-質譜聯用技術進行全譜分析，按照整車—總成—零部件—材料逐級分解排查，找出問題根源。針對核心問題進行整改，實現材料、零件和整車的氣味改善。

2 氣味分析整改

2.1 未整改前氣味分析

依據吉利整車氣味測試標準，對某車型進行整車氣味測試。試驗車輛的要求沒有內飾等變動。在試驗前，車輛不能進行氣味相關的后處理措施。試驗環境要求溫度在(25±1)℃，環境濕度在(50%±10%)RH。試驗評價員的要求如下：評價員須經過吉利氣味的認可。具體結果見表1。

表1 未開展整改的某款車型整車氣味狀態

2.2 高危零部件鎖定

根據整車到零部件的排查思路，依據吉利零部件氣味測試方法，對車內主要內飾零部件進行氣味排查。試驗零件的要求如下：零件要求按照最短流轉周期完成生產和包裝。試驗環境溫度在(23±2)℃；環境濕度在(50%±10%)RH。具體結果見表2。

表2 車內主要內飾零部件的氣味狀態

根據吉利企業限值標準要求，氣味等級超標的零件有以下4個(表3)，即車內氣味高危零部件清單。

表3 車內氣味高危零部件清單

2.3 高危零部件整改分析

2.3.1 前排座椅總成

座椅主要包含金屬骨架、座椅坐墊、座椅靠背、座椅頭枕、塑料側飾板等子零件。其中座椅骨架主要由金屬材料通過沖壓、輥壓、焊接等工藝制成，對車內氣味基本無貢獻。坐墊、靠背和頭枕的都是以泡沫作為主體，包覆PVC或織物面料而成。座椅面套含有聚氯乙烯皮革、織物面料和無紡布面料等。座椅泡沫是聚氨酯發泡。塑料側飾板一般采用聚丙烯類材料。對座椅的各類子零件材料進行氣味測試，不合格的材料見表4。

表4 座椅氣味超標子零件

利用揮發物全譜(VOC全譜)測試方法，采用吉利揮發物測試方法對座椅總成進行分析。試驗零件的要求如下：零件要求按照最短流轉周期完成生產和包裝。座椅的測試結果見表5。

表5 座椅的全譜分析數據

從表中可以看出超標物質主要是N,N 二甲基甲酰胺、甲苯、己醛等。這些物質可能來源為PU發泡劑、催化劑、穩定劑，以及皮革和織物的增塑劑、表面處理劑、溶劑等[3-5]。例如三乙胺可能來源就有PU發泡、PVC皮革以及織物；而N,N 二甲基甲酰胺則是PVC皮革或PU發泡的溶劑。PU發泡中采用溶劑型脫模劑，也可能產生甲苯、二甲苯。

針對上述情況，分別對PVC面料、PU發泡和PP側飾板進行氣味優化。

PVC面料主要分為溶劑型表面處理和水性表面處理兩種方式，通過將表面處理更換為水性方案，有效降低了面料溶劑味。同時，在面料生產后，采用烘箱對面料進行一道烘烤除味處理，可以進一步降低面料異味。

PU發泡是由多元醇、異氰酸酯為主體，添加催化劑、發泡劑、穩定劑等助劑生產而成。整改前，PU發泡采用供應商自配料，整改方案是換用低氣味的萬華組合料，并將催化劑類型變更為反應型，降低泡沫的氨味，即一般評價中的泡沫味。最后增加泡沫的熟化時間，從24 h延長至48 h，使泡沫內部反應完全，降低殘留單體濃度。

PP側飾板原采用未烘烤除味的PP+EPDM-TD20粒子，整改措施為原材料粒子出廠前增加100～120 ℃，2～4 h的烘烤除味處理，有效降低了塑料粒子的糊味。同時，將PP側飾板的注塑溫度從240 ℃降低至220 ℃，從零部件工藝角度降低了零件的糊味。

通過以上措施的整改，整改后測試結果見表6，結果表明整改有效，超標材料氣味基本達標。

表6 座椅整改后子零件的氣味狀態

采用整改后的材料試制座椅總成，氣味提升明顯，滿足企標要求，氣味測試結果見表7。

表7 整改后座椅的氣味狀態

2.3.2 門板總成

車門內飾板主要分為門板本體、車門上裝飾板、車門中裝飾板、車門扶手、開關面板、吸音棉等子零件。門板本體采用聚丙烯類材料注塑成型。上裝飾板根據成本差異，可以選用PP類材料注塑成型，也可以采用陰模吸附或塘塑方案。陰模吸附由TPO真空吸附在本體上。塘塑上裝飾板，是通過在塘塑皮革和裝飾板骨架之間注PU泡沫的工藝生產。中飾板和扶手的材料和生產工藝相近，由膠黏劑將PVC皮革和塑料骨架黏接。開關面板一般采用ABS或PC+ABS材料作為骨架，采用油漆噴涂、膜片INS成型等工藝生產。吸音棉，一般是由PP-PET雙組份吸音棉沖切成型。

對門板的各類材料進行氣味測試，氣味超標的材料見表8。

表8 門板氣味超標子零件

對車門內飾板進行VOC全譜測試分析，測試結果見表9。

表9 門板的全譜分析數據

門板主體和開關面板主體材料都是高分子聚合物，存有聚合單體的殘留和聚合反應添加劑，是散發物質甲苯、乙苯、二甲苯來源之一，其次加工過程中的抗氧劑、劃傷劑、光穩定劑等添加劑，以及開關面板表面漆中的溶劑是胺類主要來源。

針對上述情況，分別對門板本體、開關面板和吸音棉進行氣味優化。

門板本體采用與座椅PP側飾板相同的整改方案，整改措施為原材料粒子出廠前增加100～120 ℃，2～4 h的烘烤除味處理；將門板本體的注塑溫度從230 ℃降低至210 ℃，從材料和零部件兩個維度降低了零件的糊味。

開關面板主要呈現溶劑味，來源是溶劑型的鋼琴黑油漆，但目前水性漆的施工不成熟，無法切換，故采用增加后處理的形式進行改善。在原有噴漆烘烤工藝基礎上，額外增加70 ℃，1 h的烘烤后處理。

吸音棉本身氣味較輕，但測試后發現其有特殊異味，評估是由于吸音棉特殊的結構，容易吸附環境異味導致的問題。吸音棉在現場發現存在外飾的污染源。通過重新規劃成品放置區，將內飾和外飾區分，避免了吸音棉受到異味污染。

通過以上措施的整改，門板材料的氣味明顯改善，整改后測試結果見表10。

表10 門板整改后子零件的氣味狀態

采用整改后的材料試制門板總成，氣味提升明顯，滿足企標要求，氣味測試結果見表11。

表11 整改后門板的氣味狀態

2.3.3 主地毯總成

地毯一般有兩種開發方案，一種是毯面+PU發泡的方案，另一種是毯面+棉氈類隔音墊的開發方案。毯面則有多種組成，毯面的上層有簇絨PA類面料和針刺PET類面料，毯面的中層有PE淋膜、EVA/POE重層，毯面的下層還可以增加棉氈或無紡布增強NVH性能。本次測試的車型，采用的是針刺PET類面料+PE淋膜+棉氈類隔音墊的開發方案。

對地毯的毯面、隔音墊等材料進行氣味測試，發現氣味超標的材料見表12，并與地毯全譜分析出的物質來源相對應分析。

表12 地毯氣味超標子零件

采用VOC全譜測試分析，對地毯總成進行測試，結果見表13。

表13 地毯的全譜分析數據

從表中可以看出地毯主要氣味散發物質是苯系物、醛酮類以及烷烴類等，主要來源于地毯各類材料中助劑及溶劑[5]。

針對上述情況，分別對毯面和隔音墊進行氣味優化。

毯面主要異味來源是針刺PET面料自帶的油劑味和地毯成型前烘烤導致的糊味。由于針刺工藝需要PET纖維帶有油劑，促進針刺連接，防止靜電，故無法取消，通過加工工藝的優化，將油劑含量降低20%，一定程度上減少了油劑味。同時，將毯面的加工溫度從260 ℃調整至220 ℃，降低了毯面的糊味。

隔音棉原采用棉氈方案，棉氈自身含有各類助劑，氣味難以充分揮發，故采用純PET氈方案代替棉氈，氣味有明顯提升。

通過以上措施的整改，地毯材料的氣味有明顯提升，整改后結果見表14。

表14 地毯整改后子零件的氣味狀態

采用整改后的材料試制地毯總成，氣味提升明顯，滿足企標要求，氣味測試結果見表15。

表15 整改后地毯的氣味狀態

2.3.4 密封條

密封條是由主料和輔料組成，主料是生膠、硫化劑、促進劑、增塑劑、鋼帶、炭黑、發泡劑，輔料是表面涂層。主料中鋼帶是金屬材料，對氣味無影響。但其他材料，特別是硫化劑和促進劑的味型，與密封條總成的味型一致。但由于密封條應用的特殊性，一般密封條不能隨意地變更材料，須滿足車輛長期使用的各項物性要求。

對密封條總成進行氣味測試其氣味等級不合格，結合揮發物全譜分析，氣味等級為4.7，散發物質見表16。

表16 密封條的全譜分析數據

從表中可以看出密封條氣味散發物質主要是苯系物、醛類、N,N 二甲基甲酰胺。其中醛類物質和N,N 二甲基甲酰胺為在橡膠硫化過程中的反應殘留。苯系物來源于石蠟油、溶劑。苯并噻唑和各胺類物質來源于密封條硫化助劑或是發泡劑[6]。

針對上述情況，對密封條中的增塑劑、硫化劑、促進劑進行氣味優化。

目前密封條采用鏈烷烴油(石蠟油)作為增塑劑，通過換用閃點更高的石蠟油材料，可以有效降低石蠟油中殘留的小分子物質。

整改前密封條的硫化劑、促進劑體系為含亞硝胺體系的方案，故將其更換為不含亞硝胺的體系，可以有效降低密封條中的腥味。

最后對密封條總成采用60～80 ℃，1～2 h的烘烤處理，促進密封條內部的小分子散發，進一步降低總成氣味強度。

通過以上措施的整改，密封條的氣味提升明顯，滿足企標要求。材料的氣味結果見表17。

表17 密封條整改后的氣味狀態

3 整改后某型乘用車整車氣味測試

整改后的整車氣味結果符合企標要求。整改前后氣味狀態見表18。

表18 整改后的整車氣味狀態

4 結束語

文中將主觀評價和客觀全譜分析相互結合，快速地分析出整車、零部件、材料氣味的關聯性，找出影響車內空氣質量的高危零部件并有效地分析高危零部件的異味來源，針對性地找出氣味整改方案，并進行相應的驗證。涉及的某車型，主要高危零件為座椅總成、門板總成、地毯總成和密封條總成。通過更換氣味更優的原材料，調整零部件的加工工藝，增加烘烤后處理等措施，這些高危零件氣味均有明顯提升。將整改后的零部件開展裝車驗證，整車氣味有明顯提升，并滿足企業標準要求。