車(chē)內(nèi)高溫下甲醛及氣味散發(fā)研究

許明春 李永 胡雋雋 姚其海

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心）

車(chē)內(nèi)異味一直是中國(guó)市場(chǎng)抱怨的主要問(wèn)題，從顧客抱怨的場(chǎng)景分析可得知大約有一半以上的車(chē)內(nèi)異味抱怨發(fā)生在高溫、曝曬、長(zhǎng)時(shí)間的高溫密閉的條件下。由此系統(tǒng)地研究高溫下車(chē)內(nèi)的甲醛及氣味性問(wèn)題能夠解決大多數(shù)車(chē)內(nèi)異味客戶(hù)抱怨問(wèn)題。同時(shí)，從行業(yè)內(nèi)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，汽車(chē)行業(yè)普遍開(kāi)始重視高溫下的有機(jī)揮發(fā)物和氣味問(wèn)題。伴隨消費(fèi)者日益關(guān)注高溫下車(chē)內(nèi)健康危害風(fēng)險(xiǎn)，文獻(xiàn)[1]將高溫甲醛散發(fā)和氣味列為重要評(píng)價(jià)內(nèi)容之一。基于此，只有通過(guò)對(duì)高溫條件下甲醛和氣味性散發(fā)特性和影響因素的研究，才能為車(chē)內(nèi)高溫甲醛和氣味提供控制方向。

1 背景分析

根據(jù)J.D.Power 2018—2020年研究報(bào)告（新車(chē)質(zhì)量研究IQS）顯示，中國(guó)車(chē)主對(duì)汽車(chē)內(nèi)部難聞氣味的抱怨已經(jīng)連續(xù)2年登頂抱怨次數(shù)排行榜的榜首。J.D.Power對(duì)消費(fèi)者車(chē)內(nèi)氣味抱怨原因進(jìn)行整理歸納，其中“暴曬之后”和“長(zhǎng)時(shí)間停放”的占比較高。

曝曬之后（車(chē)內(nèi)溫度高）的車(chē)內(nèi)氣味抱怨占據(jù)了最主要的發(fā)生時(shí)間，這也印證了高溫條件下甲醛散發(fā)和氣味問(wèn)題是顧客主要抱怨來(lái)源，因此非常有必要開(kāi)展高溫下甲醛散發(fā)和氣味問(wèn)題特性研究和管控措施制定。

根據(jù)海南試驗(yàn)場(chǎng)某款車(chē)型暴曬后各部位的溫度采集，當(dāng)日環(huán)境溫度最高38.3℃，車(chē)內(nèi)空氣68.1℃，儀表板、座椅、頂棚等零部件均處于高溫環(huán)境，最高達(dá)87℃，如圖1所示。高溫下氣味散發(fā)加速，異味更易產(chǎn)生，所以必須系統(tǒng)的分析研究高溫下的甲醛和氣味散發(fā)來(lái)源，才能徹底解決車(chē)內(nèi)異味問(wèn)題。

圖1 海南試驗(yàn)場(chǎng)某款車(chē)型暴曬后各部位溫度分布圖

2 車(chē)內(nèi)散發(fā)物質(zhì)特性分析

2.1 溫度對(duì)甲醛釋放的影響

甲醛沸點(diǎn)-19.5℃，易揮發(fā)，對(duì)人眼、鼻有刺激性作用，車(chē)內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)、儀表板系統(tǒng)中齒輪、連桿等POM（聚甲醛）材料，座椅、地毯、頂棚等發(fā)泡件是其主要來(lái)源。

1）對(duì)不同溫度下車(chē)內(nèi)甲醛釋放的檢測(cè)結(jié)果分析，高溫下甲醛質(zhì)量濃度可達(dá)常溫下的10倍以上。高溫下甲醛散發(fā)與溫度并非呈線(xiàn)性，如圖2所示。

圖2 溫度對(duì)甲醛釋放的影響圖

有研究表明，VOC單體的擴(kuò)散系數(shù)與溫度的1.75次方成正比，溫度是影響VOC散發(fā)的最主要因素[2]。內(nèi)飾件中甲醛釋放因素除了高溫下共聚單體熱解化學(xué)鍵裂解之外，還有溫度升高帶來(lái)的殘留單體、助劑等加速揮發(fā)導(dǎo)致。甲醛散發(fā)量隨溫度的升高釋放量逐漸增加。在初始階段甲醛的釋放速率非常快，在8 h內(nèi)即可釋放總量的80%以上，該階段對(duì)外界溫度變化最敏感，是甲醛擴(kuò)散的最主要階段，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)擴(kuò)散速率逐漸減慢并逐步趨于平緩，在一定的空間內(nèi)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

2）對(duì)65℃加熱2 h（高溫條件）及25℃常溫下放置16 h的車(chē)內(nèi)零部件進(jìn)行VOC檢測(cè)，數(shù)據(jù)對(duì)比并做統(tǒng)計(jì)分析，甲醛是受溫度影響較大的物質(zhì)，高溫條件下應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注和管控。

圖3示出不同溫度下（65℃對(duì)比25℃），車(chē)內(nèi)有機(jī)揮發(fā)物散發(fā)量的結(jié)果。

圖3 不同溫度下車(chē)內(nèi)有機(jī)揮發(fā)物散發(fā)量對(duì)比圖

從圖3可以得到以下結(jié)論：

1）溫度升高，分子活化能增大，VOC散發(fā)量增加；

2）溫度對(duì)不同VOC物質(zhì)散發(fā)的影響大小依次為：TVOC>甲醛>苯乙烯>甲苯>乙苯>乙醛>二甲苯；

3）高溫下的甲醛是重點(diǎn)關(guān)注和管控物質(zhì)。

2.2 溫度對(duì)車(chē)內(nèi)氣味影響

高溫下，除“五苯三醛”，車(chē)內(nèi)新增檢出多種有機(jī)化合物，包括直鏈烷烴、支鏈烷烴、苯的同系物、環(huán)烷烴、酯類(lèi)及醛類(lèi)等，部分物質(zhì)存在刺激性氣味，影響高溫條件整車(chē)氣味性，如表1所示。

對(duì)車(chē)內(nèi)重點(diǎn)22種零部件在高溫下和常溫下的氣味性進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖4所示。

圖4 重點(diǎn)零部件高溫下和常溫下的的氣味性測(cè)試結(jié)果

65℃條件下各零部件的氣味等級(jí)明顯低于25℃，且相差在0.5～1.5級(jí)之間。頂棚隔音墊、備胎蓋板、阻尼墊、門(mén)板及風(fēng)道等內(nèi)飾件的氣味等級(jí)相差較高；密封條、立柱、前圍隔音墊及空調(diào)等內(nèi)飾件的氣味等級(jí)相差較低。同時(shí)在相同檢測(cè)條件下，內(nèi)飾件TVOC濃度與氣味等級(jí)有一定的正相關(guān)關(guān)系：TVOC濃度越高，氣味等級(jí)越小，即內(nèi)飾件的氣味性越差。

3 高溫下甲醛、氣味性來(lái)源分析及管控方向

地毯、氈制品：車(chē)內(nèi)使用的地毯、內(nèi)飾毛氈和頂棚氈的VOC揮發(fā)量較高，氣味性強(qiáng)。這主要是與其制造過(guò)程中使用的粘結(jié)材料酚醛樹(shù)脂直接相關(guān)，酚醛樹(shù)脂膠黏劑采用的合成原料為甲醛，若反應(yīng)不完全，膠黏劑中會(huì)含有游離甲醛[3-4]。控制措施：選用環(huán)保型的膠黏劑，選用不含或者少含酚醛樹(shù)脂的地毯毛氈是重要的途徑。

皮革制品：甲醛可產(chǎn)生于皮革制造的各個(gè)階段，主要產(chǎn)生于鞣制和復(fù)鞣過(guò)程中。控制措施：增加前道工序中的水洗次數(shù)和用水量，延長(zhǎng)水洗時(shí)間；選用低VOC的復(fù)鞣劑，同時(shí)復(fù)鞣劑配方中使用無(wú)甲醛的化料；增加烘道長(zhǎng)度，延長(zhǎng)皮革掛涼時(shí)間；涂布材料中增加醛類(lèi)捕捉劑[5]，減少醛類(lèi)物質(zhì)及祛除醛類(lèi)物質(zhì)帶來(lái)的氣味；生產(chǎn)車(chē)間保證通風(fēng)性，利于加工過(guò)程中氣味排除；在操作工藝后期，避免引入2次污染源。

織物、襯背：為了使汽車(chē)內(nèi)紡織品能夠達(dá)到防皺、防縮、阻燃的效果，或者是保持印花、染色的耐久性以及改善手感，都需要在紡織品生產(chǎn)助劑中加入甲醛。控制措施：篩選出適當(dāng)?shù)幕げ牧虾驮吓浞健Ａ私夤?yīng)商提供的化工材料性能，在采購(gòu)原料時(shí)要求供貨方出具產(chǎn)品中甲醛含量合格的證明；生產(chǎn)過(guò)程中使用在實(shí)踐中證明有效的甲醛消除劑；在加工過(guò)程中，應(yīng)使用綠色環(huán)保的甲醛替代產(chǎn)品。

膠黏劑：汽車(chē)內(nèi)飾會(huì)使用多種溶劑型膠黏劑，會(huì)釋放出各種有毒有害的揮發(fā)性有機(jī)物和氣味性分子物質(zhì)。控制措施：開(kāi)發(fā)使用水性膠黏劑，不含有機(jī)溶劑；采用熱熔型膠黏劑，不含有機(jī)溶劑；在使用膠黏劑后采取后處理措施，如烘烤通風(fēng)，盡量使揮發(fā)性物質(zhì)散發(fā)完全；尋找其它綠色環(huán)保溶劑替代有機(jī)溶劑，減少膠黏劑的揮發(fā)。

聚氨酯發(fā)泡材料：座墊、頭枕、隔音墊、儀表板、遮陽(yáng)板、門(mén)板及頂棚等內(nèi)飾件中都有應(yīng)用。控制措施：采用水性聚氨酯，減少聚氨酯固化過(guò)程中有機(jī)物揮發(fā)；改變合成工藝，增加后處理環(huán)節(jié)，減少有機(jī)物散發(fā)；改用綠色環(huán)保的脫模劑、清洗劑、催化劑等避免有機(jī)溶劑的殘留和散發(fā)。

4 結(jié)論

從研究的高溫下甲醛和氣味性的散發(fā)特性來(lái)看，高溫階段甲醛受溫度影響最為明顯，可以達(dá)到常溫階段的10倍以上散發(fā)濃度，氣味在高溫下會(huì)有0.5～1.5級(jí)的變差趨勢(shì)；可以從車(chē)型VOC全譜分析結(jié)果，取合集確定車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量所有可能出現(xiàn)的散發(fā)物質(zhì)。根據(jù)各項(xiàng)物質(zhì)的化學(xué)特性，識(shí)別異味產(chǎn)生的物質(zhì)。通過(guò)沸點(diǎn)確認(rèn)加速揮發(fā)的溫度條件，鎖定高溫下氣味改進(jìn)的目標(biāo)化合物，與零部件級(jí)揮發(fā)物質(zhì)進(jìn)行匹配，通過(guò)材料源頭、工藝改進(jìn)、后處理加速散發(fā)降低高溫下甲醛及氣味。