軌道機(jī)車車輛VOC管控研究

謝沅博,劉 軍,陳傳彬,馬振明,席金芳,王昌進(jìn)

中車資陽機(jī)車有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心,四川 資陽 641301

0 引言

VOC代指揮發(fā)性有機(jī)化合物,又用TVOC表示若干個VOC的總量,即室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)化合物總量。不同國家和地區(qū)對VOC的定義也不同,其中普遍認(rèn)可的2種定義如下:世界衛(wèi)生組織(WHO)對總揮發(fā)性有機(jī)物(TVOC)的定義為沸點(diǎn)范圍在50～260 ℃,在常溫下以蒸汽形式存在于空氣中的一類有機(jī)物的總稱[1];美國環(huán)保署(EPA)定義為除一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金屬碳酸鹽和碳酸銨外任何參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的碳化合物。當(dāng)車內(nèi)或室內(nèi)的VOC達(dá)到一定濃度后,短時(shí)間人會產(chǎn)生頭痛、頭暈、咳嗽或嘔吐現(xiàn)象,長期處在該環(huán)境下將會損害肝臟、神經(jīng)系統(tǒng)以及誘發(fā)細(xì)胞、器官癌變等生命危險(xiǎn)。自2018年以來某動車組連續(xù)發(fā)生多起車內(nèi)異味嚴(yán)重被投訴事件[2],中國鐵路總公司表示,若異味長期難以消除,將要求中車集團(tuán)召回某動車組并索賠,因此針對軌道機(jī)車車輛VOC的管控迫在眉睫。

1 軌道車輛VOC管控標(biāo)準(zhǔn)及管控現(xiàn)狀

1.1 軌道車輛 VOC管控標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)最早在2003年開始注意汽車車輛內(nèi)VOC含量對車內(nèi)人員的影響,并于2008年發(fā)布了HJ/T 400—2007《車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測定方法》,軌道交通車輛在VOC方面的管控標(biāo)準(zhǔn)只有TB/T 3139—2006《機(jī)車車輛內(nèi)裝材料及室內(nèi)空氣有害物質(zhì)限量》,這個標(biāo)準(zhǔn)對車內(nèi)板材類材料、鋪地材料、膠粘劑、涂料、橡塑制品、紡織品、保溫材料、座椅臥鋪發(fā)泡材料等10類材料作出限值要求[3],同時(shí)根據(jù)GB/T 18883—2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,也對整車空氣中甲醛和TVOC作出了明確的限值要求,而在2012年國家又發(fā)布GB/T 27630—2011《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價(jià)指南》,這是首個國內(nèi)關(guān)于車內(nèi)空氣質(zhì)量的國家標(biāo)準(zhǔn),但該標(biāo)準(zhǔn)并不具有強(qiáng)制性,和其他幾個標(biāo)準(zhǔn)相比,技術(shù)要求較低。各標(biāo)準(zhǔn)對比如表1所示。

表1 管控標(biāo)準(zhǔn)對比

1.2 軌道車輛 VOC管控現(xiàn)狀

在2019年,中車集團(tuán)發(fā)布了軌道車輛客室和司機(jī)室揮發(fā)性有機(jī)化合物、內(nèi)裝非金屬材料、設(shè)備部件等管控技術(shù)要求[4],與此同時(shí),中車各大主機(jī)廠也制定了適合于本廠的管控技術(shù)規(guī)范,但均未給出整車室內(nèi)單項(xiàng)VOC管控限值以及TVOC限值,各主機(jī)廠管控標(biāo)準(zhǔn)的主要區(qū)別如表2所示。

表2 各大主機(jī)廠管控物質(zhì)對比

通過調(diào)查統(tǒng)計(jì)和對比發(fā)現(xiàn),目前大部分新下線內(nèi)燃機(jī)車、電力機(jī)車、城軌等車輛的整車空氣質(zhì)量基本都不滿足TB/T 3139—2006中TVOC小于0.6 mg/m3的限值要求,主要原因如下。

該標(biāo)準(zhǔn)僅對甲醛這項(xiàng)作了限值要求,而構(gòu)成TVOC的有害揮發(fā)物還有苯、甲苯、乙醛、二甲苯等。該標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定檢測油漆涂料、膠粘劑等物質(zhì)的VOC,僅檢測了其含有量,而實(shí)際這些油漆涂料、膠粘劑在涂抹干燥后會持續(xù)釋放VOC,這部分釋放量與前期檢測的含有量并無關(guān)聯(lián)性。此外,目前在車輛設(shè)計(jì)、原材料選取、生產(chǎn)制造等環(huán)節(jié)中并未將環(huán)保作為一項(xiàng)重要指標(biāo)去考量,同時(shí)滿足環(huán)保性能、機(jī)械性能、可靠性、耐疲勞性能的材料有限,并且企業(yè)自身也會考慮生產(chǎn)成本等因素[1]。

中車各大主機(jī)廠所制定的材料、零部件標(biāo)準(zhǔn)限值也已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過TB/T 3139—2006中的限值要求,相關(guān)行業(yè)專家認(rèn)為應(yīng)以GB/T 27630—2011作為參考,制定適合于企業(yè)自身的標(biāo)準(zhǔn)。

2 軌道車輛VOC管控措施及建議

汽車行業(yè)在VOC管控方面較為成熟。據(jù)統(tǒng)計(jì),國內(nèi)72%的大型汽車制造商形成了一套完善的管控體系以及對供應(yīng)商的VOC管控體系[5],在調(diào)研了解后發(fā)現(xiàn),其中某些管控方式和措施是可以借鑒到軌道交通VOC管控上來的,尤其是過程管控體系的建立和技術(shù)路線的方向。

2.1 建立過程管控體系

機(jī)車車內(nèi)空氣質(zhì)量管控工作始終貫穿整車開發(fā)和車輛量產(chǎn)過程,是一個持續(xù)控制與不斷改進(jìn)的過程,所以建立完善合理的標(biāo)準(zhǔn)和管控體系至關(guān)重要。從材料源頭、零部件生產(chǎn)、整車總裝工序等環(huán)節(jié)進(jìn)行把控,整個管控流程將涉及研發(fā)、質(zhì)量、工藝、生產(chǎn)、售后等環(huán)節(jié)。因此,相關(guān)職能部門為解決因牽扯部門較多而導(dǎo)致協(xié)調(diào)管理困難的問題,需要制定《車內(nèi)空氣質(zhì)量管理辦法》體系文件,以此規(guī)范機(jī)車從研發(fā)到量產(chǎn)再到用戶使用這整個流程鏈的空氣質(zhì)量管理控制,明確研發(fā)、質(zhì)量、生產(chǎn)、銷售等部門的責(zé)任分工,從而建立整個流程鏈的管控體系,如圖1所示。

圖1 全流程鏈過程管控

2.2 確定技術(shù)路線

依據(jù)汽車企業(yè)的正向設(shè)計(jì)理論,軌道車輛VOC管控需要遵循“源頭管控、主動釋放、持續(xù)跟進(jìn)、常態(tài)平衡”的總體原則[4],制定由整車級分解到零部件級,再由零部件級分解到材料級的控制技術(shù)路線,即主機(jī)廠通過總量分解來制定責(zé)任目標(biāo),主機(jī)廠與零部件企業(yè)、零部件企業(yè)與材料供應(yīng)商之間則通過產(chǎn)品VOC性能技術(shù)要求進(jìn)行責(zé)任傳遞,管控技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 管控技術(shù)路線

從主機(jī)廠具體的管控切入點(diǎn)來說,可將其分為材料源頭管控和總裝工序管控[6]。材料源頭管控主要由研發(fā)部門牽頭組織進(jìn)行,主要包括制定VOC標(biāo)準(zhǔn)、加強(qiáng)高危材料的研究和處理,管控流程如圖3所示。

圖3 管控流程

2.2.1 材料源頭管控

1)制定VOC標(biāo)準(zhǔn),明確材料取樣方式、測試方法、溫濕度等參數(shù),對材料進(jìn)行VOC測試,并根據(jù)測試結(jié)果建立合理的VOC限值,從而制定相應(yīng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。此外,對材料進(jìn)行入廠監(jiān)督檢驗(yàn)和物料抽檢,保證物料均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2)高危材料的研究和處理,對車內(nèi)使用量大且VOC濃度較高的材料,結(jié)合材料特點(diǎn),從原材料選型、生產(chǎn)工藝、VOC衰減規(guī)律和化學(xué)凈化等方面進(jìn)行改善,同時(shí)對重點(diǎn)材料進(jìn)行強(qiáng)化處理,在一定溫度條件下加速材料內(nèi)部VOC的釋放。

2.2.2 總裝工序管控

由于機(jī)車內(nèi)裝材料在較短時(shí)間內(nèi)全部安裝到車體內(nèi)部,在相對封閉的空間內(nèi)不利于VOC充分釋放,因而結(jié)合材料的VOC檢測結(jié)果和總裝工序的過程,分物料入廠、組裝和調(diào)試這3個階段進(jìn)行空氣質(zhì)量管控,以保證VOC充分釋放。

1)物料入廠存放階段。該階段是車下加速VOC釋放的最后階段,因此物料到廠后采用拆除外包裝防護(hù)膜和膠合板墊片隔開碼放等方式存放。

2)組裝階段。根據(jù)材料VOC測試結(jié)果,將組裝階段會產(chǎn)生較大含量的VOC工序進(jìn)行加速釋放處理,各工序的管控措施如表3所示。

3)調(diào)試階段。該階段主要采取加熱通風(fēng)措施。先采用專用設(shè)備加熱,車內(nèi)溫度在45～60 ℃,處理時(shí)間不小于24 h(每加熱6 h通風(fēng)1次,通風(fēng)時(shí)間2 h),再采用空調(diào)加熱,車內(nèi)溫度在35～40 ℃時(shí)加熱2～4 h,通風(fēng)時(shí)間2 h,循環(huán)3～5次。

3 結(jié)束語

現(xiàn)階段,TB/T 3139—2006中TVOC小于0.6 mg/m3的限值不符合實(shí)際,相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定應(yīng)以GB/T 27630—2011作為參考。機(jī)車車內(nèi)空氣質(zhì)量管控工作是一個持續(xù)控制與不斷改進(jìn)的過程,需要研發(fā)、質(zhì)量、工藝等部門協(xié)作管控,為此企業(yè)制定相關(guān)的體系文件是很有必要的。要依據(jù)“源頭管控、主動釋放、持續(xù)跟進(jìn)、常態(tài)平衡”的總體管控原則,研發(fā)部門應(yīng)制定由整車級分解到零部件級,再由零部件級分解到材料級的管控技術(shù)路線,通過責(zé)任目標(biāo)進(jìn)行責(zé)任傳遞;同時(shí)還應(yīng)對高危材料、外購零部件進(jìn)行管控研究,達(dá)到從源頭管治的目的。