汽車非均質材料座椅VOC散發特性研究

洪麗 許明春 胡雋雋 姚其海

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心）

隨著消費者對健康座艙要求的不斷提高，以及國家法規對于乘用車車內空氣質量的要求越來越嚴格，座艙內部空氣質量的高低已經成為汽車行業重要的競爭領域。內飾零部件一直是座艙內部空氣污染的重要來源[1]。包括座椅在內的很多的內飾零部件總成系統都屬于非均質材料（構成組分類別眾多、制造工藝和材料選型多樣及工藝種類繁多）。非均質材料的揮發性有機物散發并不是各種單一材料散發的簡單疊加，而是受到包覆、遮蔽和吸附的共同影響，單獨材料的散發規律并不適用，受到多重因素的影響。本文以座椅系統為研究目標，從零部件總成、子級件、材料選擇3個維度對座椅零部件VOC性能控制和改善提升進行分析和闡述，精準探究不同材料、工藝與總成零部件VOC性能散發之間的聯系，達到從源頭上進行VOC性能設計和控制的目的。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

某車型座椅總成（前排主副駕）：座椅主面料、輔面料、座椅發泡及座椅護板等，所有零件及原材料均為下線14天內產品，以PE膜、鋁箔紙包裝完好。

1.2 主要儀器

熱脫附：Markers TD-100。

氣相色譜質譜（GCMS）：Agilent 7890B/5977A。

1260高效液相色譜儀。

2 結果與討論

2.1 座椅總成的VOC性能表現

座椅系統作為典型的非均質材料系統，通常包括多種材料及工藝類型，其VOC檢測結果分析對于非均質內飾零部件的散發特性研究具有代表性的意義。如表1所示，通過對多套座椅系統中的VOC測試結果對比發現，甲苯、二甲苯、甲醛和乙醛是風險高的苯系物和醛系物，在實際的產品開發中需要重點關注。

表1 不同車型前排座椅VOC性能對比

2.2 座椅系統主要材料對其總成VOC性能的貢獻

座椅總成中包括了大部分的內飾工藝，包括有PU發泡、硬塑成型等，其中對VOC性能有貢獻的材料主要包含有主面料、輔面料、泡沫材料及座椅護板[2]。分別利用袋子法（100 L）測試上述各類材料的有機揮發物散發值，可以發現甲苯、二甲苯、甲醛和乙醛4類主要VOC散發物。其中苯系物貢獻最大的為座椅護板（PP），醛系物貢獻最大的是皮革和海綿發泡，如表2所示。

表2 座椅材料VOC性能對比

針對不同材料的有機散發來源和管控手段分述如下：

2.2.1 PP類材料

6種不同PP塑料粒子樣本VOC性能對比如圖1所示。高壓條件下及注塑加工過程中的剪切力作用會誘導高分子出現斷鏈、降解等現象，從而產生揮發小分子。目前的PP材料大部分以共混物的形式存在，為了獲得綜合性能優異的復合材料，在共混物的生產過程中需要加入各種助劑或者改性劑，例如增韌劑、增塑劑、抗靜電劑、光穩定劑以及阻燃劑等。在使用過程中各種小分子添加劑容易產生滲出現象，從而誘導VOC或異味氣體產生。高分子合成過程中可能會存在殘留的單體、溶劑以及催化劑等，這些物質在原材料后續加工或者使用過程中容易出現滲出現象，進而導致VOC含量的提高。

圖1 6種不同PP塑料粒子樣本VOC性能對比

針對上述PP材料VOC散發來源，其管控和提升措施主要有以下幾點[3]：1）控制成型溫度（≤220℃范圍內盡可能低溫注射）；2）配方添加除醛劑；3）選用高溫穩定性基材等方式進行改善。

2.2.2 海綿發泡

5種不同海綿發泡樣本VOC性能對比如圖2所示。聚氨酯發泡產生醛類的機理：生產原料中的基礎聚醚、接枝聚醚中本身都含在有醛類化合物；生產原料中的基礎聚醚在熔融加工過程中解聚為醛類小分子，成品發泡件在熱和氧的作用下易發生產生醛類的降解反應，催化劑和其他添加劑也會釋放醛類物質；發泡反應過程中的副反應會產生醛類物質。

圖2 5種不同海綿發泡樣本VOC性能對比

控制措施：采用水性聚氨酯，減少聚氨酯固化過程中有機物揮發；優選抗氧化劑、穩定劑、催化劑和添加劑，避免在發泡反應過程中過多產生醛類物質；改變合成工藝，調節混合反應溫度、模具溫度，控制注料時間和泵流速比例，調整注射高度及注射頭和模具的水平位置，優化固化溫度及時間，盡可能減少在發泡過程中原材料的降解和聚氨酯受熱，光和氧的作用下降解產生醛類小分子的比例。增加后處理環節，延長熟化時間，便于氣味散發，增加烘烤設備，提高醛類小分子化合物散發速率；改用綠色環保溶劑等避免有機溶劑的殘留和散發；生產過程中使用在實踐中證明有效的甲醛清除劑；在加工過程中，應使用綠色環保替代產品；在操作工藝后期，避免引入二次污染源。

2.2.3 真皮皮革

4種不同真皮樣本VOC性能對比如圖3所示。皮革制造中的醛類和苯系物主要產生于鞣制和復鞣過程中。材料本身或者吸附有揮發性小分子；涂層中揮發性小分子化合物散發；各類助劑和溶劑揮發；表面處理劑及其受熱后揮發；顏料、色漿揮發；高溫中引發的產品降解揮發。

圖3 4種不同真皮樣本VOC性能對比

控制措施：嚴格管控原料氣味性，使用低散發的助劑；使用低揮發的水性表處劑；使用更加環保的顏料、色漿；增大排風通氣效率、延長成品放置時間，利于揮發性小分子化合物釋放；增加烘箱烘烤工序流程，快速烘除氣味以及增加VOC揮發；生產運輸過程中防止污染；成品儲存時防止其他材料交叉污染，加抽排風設備也有助于減少有機物揮發。

2.2.4 PVC革

5種不同PVC革樣本VOC性能對比如圖4所示。PVC革的有機物散發來源如下：原料本身的有機化合物散發；PVC層中加入的大量增塑劑（小分子醇類化合物和這些小分子醇類主要來自增塑劑）；高溫引發的助劑降解；油性表面處理劑的散發。

圖4 5種不同PVC革樣本VOC性能對比

管控措施：嚴格管控原料VOC性能，增加醛類捕捉劑；改進配方中的增塑劑種類；使用抗氧化劑減少分解反應；嚴格控制溫度；盡量專線生產、避免交叉污染；加大排風系統效率；延長成品放置時間；增加烘箱除味流程；生產運輸過程中防止污染；儲存時防止其他材料交叉污染。

3 結論

從試驗結果來看，座椅零部件總成的VOC散發并不是其中各主要VOC散發貢獻材料的VOC的簡單加合，這主要是由于非均質包覆類零部件總成中，零部件層層包覆產生的結果是遮蔽和包覆效應對內飾零部件的散發起到一定的阻礙作用，尤其受到環境的溫度、壓力和包覆材料的性質（如孔徑率、孔徑大小等等）的影響。

本文主要分析座椅總成的揮發性有機物散發特性，并針對其中不同的材料和工藝提出各自的管控措施，在兼顧成本和生產效率的基礎上，降低零部件及整車的揮發性有機物散發，提升整車車內空氣質量，提升產品的客戶滿意度。