基于HJ/T 400—2007的車內空氣質量測試影響因素分析

羅偉杰 吳燕恒 蔡和晟

摘要：探究了車內空氣質量測試方法標準HJ/T 400-2007《車內揮發性有機物及醛酮類物質測樣測定方法》中不同準備階段時間和封閉階段時間對車內空氣質量測試結果的影響。試驗結果表明：準備時間從6 h增加到32 h，車內空氣質量中各VOC物質濃度總體呈現降低趨勢，甲醛、苯、乙苯和苯乙烯的初始濃度低，隨準備時間的延長迅速達到平衡狀態，封閉時間從16 h延長到32 h，苯乙烯、乙苯及苯的濃度變化不大，甲苯、二甲苯、甲醛、乙醛及TVOC的濃度逐漸增加。

關鍵詞：車內空氣質量 準備階段 封閉階段

中圖分類號：U467.1?? 文獻標志碼：B?? DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20230210

Analysis of Influencing Factors of Interior Air Quality Test Based

on HJ/T 400-2007

Luo Weijie， Wu Yanheng， Cai Hesheng

（China Ouality Certification Center South China Laboratory， Guangzhou 510663）

Abstract： This paper explored the influence of different preparation time and closed stage time on the air quality test results inside the car in HJ/T 400-2007 “Method for Determination of Volatile Organic Compounds and Aldehydes and Ketones in the Car”. The experimental results show that when the preparation time increases from 6h to 32h， the concentration of VOC substances in the air quality of the vehicle generally shows a decreasing trend. The initial concentrations of formaldehyde， benzene， ethylbenzene and styrene were low， and reached equilibrium rapidly with the extension of preparation time. With the extension of the blocking time from 16h to 32h， the concentration of styrene， ethylbenzene and benzene changed little， and the concentration of toluene， xylene， formaldehyde， acetaldehyde and TVOC increased gradually.

Key words： Air quality， Preparation stage， Blocking stage

作者簡介：羅偉杰（1992—），男，學士學位，助理工程師，主要從事車內空氣質量研究。

參考文獻引用格式：

羅偉杰， 吳燕恒， 蔡和晟. 基于HJ/T 400—2007的車內空氣質量測試影響因素分析[J]. 汽車工藝與材料， 2024（4）： 62-66.

LUO W J， WU Y H， CAI H S. Analysis of Influencing Factors of Interior Air Quality Test Based on HJ/T 400-2007[J]. Automobile Technology & Material， 2024（4）： 62-66.

1 前言

在我國標準GB/T 27630—2011《乘用車內空氣質量評價指南》[1]中引用了標準HJ/T 400—2007《車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法》[2]來對整車車內空氣質量進行檢測，該標準規定了影響車內空氣質量的各項揮發性有機物的測試步驟和參數，其中準備時間和封閉時間為車內空氣質量測試的關鍵參數。HJ/T 400—2007中規定準備階段時間至少6 h，封閉時間為16 h。因測試過程中的分子擴散存在無規則的布朗運動，測試不確定度比較大，不同的測試時間對測試結果可能存在較大影響。因此，分別在不同的準備時間和封閉時間下進行車內揮發性有機物（Volatile Organic Compounds，VOCs）測試，并研究對其結果的影響。

2 試驗部分

2.1 不同準備階段時間對車內VOC測試結果影響的研究內容

試驗樣品選擇同一品牌、同一車型、同一配置且同一下線時間的車輛，各準備階段時長均有2輛車輛進行平行試驗，且均為下線7天的車輛。測試標準參照HJ/T 400—2007進行。整車樣品、測試環境艙及分析儀器如圖1所示。

將試驗車輛靜置于整車VOC測試標準環境艙內。靜置前，將車輛內部構件表面覆蓋物（如出廠時為保護座椅、地毯等而使用的塑料薄膜）去除，并將覆蓋物移至采樣環境艙外。試驗分為3個階段：車輛準備階段、車輛封閉階段、樣品采集階段。車輛準備階段，將可以開啟的窗、門完全打開，分別將車輛靜止放置6 h、8 h、12 h、16 h、20 h、24 h、28 h、32 h，然后完全關閉試驗車輛的所有可以開啟的窗、門并保持封閉狀態16 h后采集車內空氣進行分析。試驗檢測分析項目為GB/T 27630—2011中規定的甲醛、乙醛、丙烯醛、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯及總揮發性有機物（Total Volatile Organic Compounds，TVOC）。

2.2 不同封閉階段時間對車內VOC測試結果影響的研究內容

將試驗車輛靜置于車內VOC測試環境艙內。靜置前，將車輛內部構件表面覆蓋物去除，并將覆蓋物移至采樣環境艙外。試驗分為3個階段：車輛準備階段、車輛封閉階段、樣品采集階段。車輛準備階段，將可以開啟的窗、門完全打開，靜止放置6 h。然后，完全關閉測試車輛的窗、門，分別保持車輛封閉狀態12 h、16 h、20 h、24 h和32 h后采集車內空氣進行分析。試驗檢測分析項目為GB/T 27630—2011中規定的甲醛、乙醛、丙烯醛、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯及TVOC。

3 試驗結果與分析

3.1 試驗結果

試驗結果顯示，在不同準備時間6 h、8 h、12 h、16 h、20 h、24 h、28 h和32 h測試條件下，隨著時間的增加，各物質的濃度整體均有較大下降趨勢（圖2a）。車內甲醛的檢測濃度緩慢下降，并在準備時間達到28 h后濃度基本不變，實現揮發平衡；車內乙醛的檢測濃度在準備時間為12 h時達到最低值，在準備時間為16 h時濃度再次升高，到32 h再次出現下降趨勢（圖2b）。數據表明：在不同準備時間條件下，下線7天的整車車內空氣質量中乙醛濃度均超出GB/T 27630—2011《車內空氣質量評價指南》的限值范圍；車內苯和苯乙烯的揮發濃度在不同準備時間6 h、8 h、12 h、16 h、20 h、24 h、28 h和32 h測試條件下，其濃度差異不大，且苯乙烯濃度較低，濃度僅在檢出限附近；甲苯在準備時間為16 h條件下，濃度達到最低；乙苯和二甲苯的測試濃度在準備時間為20 h時達到最低；由于TVOC由多種不同結構的VOC組成，揮發規律沒有單個物質的變化趨勢明顯，但亦隨著時間增加而增加；由于此樣車車內丙烯醛的濃度低于檢出限，故不作分析。

在不同封閉時間12 h、16 h、20 h、24 h和32 h測試條件下，隨著時間的增加，甲醛、苯、乙苯和苯乙烯在各個條件下檢測濃度變化不大，處于揮發平衡狀態。二甲苯的濃度隨著封閉時間的增加逐漸增加，車輛封閉16 h后二甲苯的釋放速度減緩，在車輛封閉24 h后二甲苯釋放量快速升高（圖3a）。甲苯在車輛封閉的20 h內揮發速度較快，呈快速上升趨勢，在車輛封閉20 h后釋放速度降低并趨于平穩。乙醛的釋放量在車輛封閉期間呈現不斷升高的趨勢，并且其揮發速度逐漸提高，在車輛封閉32 h后仍未達到平衡（圖3b）；TVOC的濃度在車輛封閉階段的前期快速升高，而后在24 h后逐漸達到平衡（圖3c）。

3.2 分析與討論

根據菲克第一定律J=-D（dC/dx），其中J為擴散通量（與dC呈正比），D為擴散系數，C為擴散物質的體積濃度，dC為初始擴散濃度，dC/dx為濃度梯度，同一擴散界面dx默認不變。濃度梯度可認為是擴散動力，濃度梯度越大，擴散越容易進行。“-”表示擴散方向為濃度梯度的反方向，即擴散物質由高濃度區向低濃度區擴散。擴散系數D是描述擴散速度的重要物理量，相當于濃度梯度為1時的擴散通量，D越大，則擴散越快。基于自由體積理論，Fujita[3]提出了小分子物質在聚合物中的擴散模型，其擴散系數主要受4個方面的因素影響。

a.與聚合物相關的因素，如擴散物質形態和結晶度。

b.與遷移物相關的因素，如密度、形狀和尺寸。

c.小分子物質與聚合物之間的相互作用，如溶解和溶脹效應等。

d.與溫度相關的因素，如聚合物的玻璃化轉變溫度。

同時，文獻[4]研究認為，分子擴散過程中，擴散分子也受內飾件的吸附作用，阻礙分子的擴散，即為擴散阻力，當某一物質的擴散動力和擴散阻力相當，擴散濃度不再發生變化，達到擴散平衡。

分析認為，本研究中VOC分子擴散過程分為3個階段（圖4）：第1階段為從汽車內飾件內部擴散內飾件表面階段；第2階段為從內飾件表面擴散至乘員艙中；第3階段為在車內門窗開啟時從乘員艙中擴散至環境艙內。準備階段由于車門窗的開啟，VOC擴散物質可由乘員艙擴散至環境艙內，故存在擴散階段P1和擴散階段P2。而封閉階段由于車門窗的關閉，只存在擴散階段P1。

綜上所述，對于測試結果做以下分析。

各物質的形態、密度以及分子大小不同，所以擴散系數D有所差異，但相同結構的物質，如苯系物、醛酮類物質等某一類物質擴散系數可能差別不大，且各物質的初始濃度不一致，導致在同一擴散界面的濃度梯度dC/dx不同，故可解釋不同VOC物質在同一擴散歷程的擴散量不同，從而結果各有不同。

隨著準備時間的延長，整車內飾中的VOC物質不停向乘員艙擴散，乘員艙中的VOC物質不停向整車環境艙擴散，故各物質在準備時間為初始條件6 h時濃度最大，同時整車內飾件的VOC濃度C1和乘員艙的VOC物質濃度C2會不斷下降，如甲苯、二甲苯、乙醛和TVOC。如果內飾件中的VOC擴散物質初始濃度較低，濃度梯度dC即dC/dx（同一界面dx不變）逐漸降低，即擴散動力逐漸減弱；當分子的擴散動力降至與擴散阻力相當時，VOC物質的擴散運動達到平衡，即乘員艙濃度C2不發生變化達到揮發平衡，如苯、乙苯、苯乙烯和甲醛。

在不同封閉時間的條件下，由于門窗的關閉，只存在擴散階段P1，擴散階段P2被阻斷。相同條件下，相同物質的初始dC1和dC2相同，隨著封閉時間的增加，內飾件中VOC物質不斷向乘員艙中擴散，所以C1不斷降低，而C2不斷增加，如乙醛、甲苯和二甲苯。同時，隨著濃度梯度的不斷降低，不同物質的初始濃度不一樣，當揮發一定時間后，有些物質擴散動力和擴散阻力相當，達到揮發平衡；而隨著時間變化，C2不再發生變化，如甲醛、苯、乙苯和苯乙烯。甲醛濃度在車輛封閉期間總體呈現緩慢升高的趨勢，在封閉24 h內較為平穩，在24 h后出現小幅升高，分析認為是車內使用的皮革面料等材料與總成在生產期間使用的酚醛樹脂膠黏劑，由于甲醛中間體殘留而不斷釋放造成的[5-6]，同時由于物理吸附作用，車輛封閉前期甲醛濃度升高緩慢。苯系物由于具有苯環結構，使得苯系物的揮發過程較醛類物質更為復雜。甲苯在車輛封閉20 h后揮發速度減緩，濃度逐漸達到飽和狀態。二甲苯在24 h內有逐漸飽和的趨勢，而在24 h后濃度突然升高。分析認為座椅面料、泡沫和ABS、PP等塑料的甲苯、二甲苯含量較高，一些塑料件在注塑成型過程中加入的脫模劑等也會散發甲苯和二甲苯等有機揮發物質[7]。

4 結束語

在準備時間階段6 h、8 h、12 h、16 h、20 h、24 h、28 h和32 h測試條件下，6 h時各物質的濃度最高，即現行標準HJ/T 400—2007中規定準備時間≥6 h，監控車內空氣質量為此范圍內最差狀態。隨著準備時間的增加，各VOC物質濃度總體上呈現降低趨勢，初始濃度較高的甲苯、二甲苯和乙醛的濃度不斷降低，而初始濃度較低的物質乙苯、苯乙烯和甲醛達到了揮發平衡。

在不同封閉時間12 h、16 h、20 h、24 h和32 h條件下，隨著封閉時間的延長，苯乙烯、乙苯、苯的濃度變化不大；隨著封閉時間的延長，甲苯、二甲苯、甲醛、乙醛、TVOC的濃度逐漸增加；由于TVOC為多種不同結構的VOCs，揮發規律沒有單個物質時明顯，但亦隨時間增加而增加。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國環境保護部. 乘用車內空氣質量評價指南： GB/T 27630—2011[S]. 北京： 中國環境科學出版社， 2011.

[2] 中華人民共和國環境保護部. 車內揮發性有機物及醛酮類物質測樣測定方法： HJ/T 400—2007[S]. 北京： 中國環境科學出版社， 2007.

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