汽車座椅泡棉產(chǎn)品VOC 排放控制研究

徐雍

關(guān)鍵詞：汽車座椅;泡棉;揮發(fā)性有機(jī)化合物;聚氨酯

0引言

研究表明，來自汽車內(nèi)飾零部件的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VoIatiIe Organic Cornpounds，簡稱“VOC”）是影響車內(nèi)空氣質(zhì)量的主要原因之一。大多數(shù)汽車內(nèi)飾零部件中都含有一定量的VOC，它們主要是醛類、苯類、酚類和酮類方面的物質(zhì)，這些物質(zhì)的沸點，通常都在50～260℃。當(dāng)汽車內(nèi)的溫度，達(dá)到這些物質(zhì)的沸點時，這些揮發(fā)性物質(zhì)，就會逐步釋放出來。這些揮發(fā)物，不僅會在前擋風(fēng)玻璃上會形成霧，影響駕駛員的視線，更多的會對乘員的身體造成傷害。

本文重點從座椅泡棉的原材料配方著手，通過理論分析，闡述座椅泡棉中揮發(fā)性有機(jī)合成物的來源，控制和改善依據(jù)。通過搭建模型，經(jīng)過實驗，優(yōu)化汽車座椅泡棉中揮發(fā)性有機(jī)化合物的揮發(fā)量，達(dá)到汽車整車廠的要求。

1理論分析

汽車座椅泡棉產(chǎn)品一般都會選用聚氨酯體系材料，這是因為這種材料龐大的體積，可以引起較大的鏈間位阻，所以，使材料具有較高的抗撕裂強(qiáng)度。聚氨酯彈性體，基本上屬于具有線性分子特征的熱塑料樹脂，但也可以由多功能團(tuán)擴(kuò)鏈劑等方式引入一定程度的交聯(lián)。適當(dāng)?shù)慕宦?lián)，可以改善材料的物理機(jī)械性能，從而提高聚氨酯材料的耐水性和耐候性。所以，聚氨酯體系材料具有熱塑性好、強(qiáng)度高、伸長率大、回彈性好、耐磨、耐油、耐溶劑、耐老化以及耐低溫等性能優(yōu)點。

筆者所在團(tuán)隊重點研究了某美系整車廠商的材料性能要求以后發(fā)現(xiàn)，整車廠商對于汽車泡棉產(chǎn)品的要求，主要集中在密度、硬度、耐疲勞（抗撕扯強(qiáng)度）、耐老化以及揮發(fā)物的濃度等指標(biāo)上。這些指標(biāo)與聚氨酯的特性可以說是完全吻合。再考慮到我國聚氨酯產(chǎn)業(yè)布局已經(jīng)成型，聚氨酯體系原材料的采購價格已經(jīng)具有相當(dāng)?shù)母偁幜Γ哉f聚氨酯體系的材料，可以完美地滿足整車廠商對于汽車座椅泡棉產(chǎn)品的性能要求。

2汽車座椅VOC排放檢測模型的建立

那么能否搭建起一個模型，對聚氨酯體系材料的揮發(fā)物，做到一個量化的檢測分析和控制呢？

對汽車座椅泡棉原材料的分析得知，制作汽車座椅泡棉的所有原材料，包括主劑（聚醚多元醇和聚合物多元醇）、助劑和膠水等，都會揮發(fā)VOC。那么可以假設(shè)：汽車泡棉成品的VOC排放，肯定是來源于制作汽車座椅泡棉產(chǎn)品所需的原材料上。是否可以通過量化控制原材料的VOC排放量，從而達(dá)到量化控制汽車座椅泡棉成品的VOC排放量呢？

如果上述假設(shè)成立，就能夠搭建出一個模型理論：量化控制單位原材料的VOC排放種類和排放量，即可量化控制汽車泡棉成品的VOC排放種類以及排放量。

為了驗證這一假設(shè)，筆者所在團(tuán)隊通過一些基礎(chǔ)實驗，來進(jìn)行初步的驗證。驗證的步驟如下。

（1）量化地獲得制作汽車座椅泡棉產(chǎn)品所需原材料的VOC排放量，計算出各種原材料占VOC整體排放量的比重。

（2）通過更改原材料的比重，甚至更換原材料種類的方式，量化地獲得更改原材料配方之后的VOC整體的排放量。

（3）通過比較前2個步驟的實驗對比數(shù)據(jù)，對汽車泡棉成品的VOC排放量中，其中任一指標(biāo)的來源，追溯到原材料層面。

（4）通過更新相應(yīng)的原材料，來降低汽車泡棉成品的VOC排放，達(dá)到相應(yīng)的規(guī)范要求。

通過對用量大的原料進(jìn)行替代試驗（如各類多元醇），對用量小的原料等進(jìn)行增量試驗（如助劑），再通過實驗完成自由發(fā)泡，進(jìn)行VOC分析，針對所得數(shù)據(jù)可以確定此原料對VOC的貢獻(xiàn)。之后對實驗結(jié)果進(jìn)行分析，然后匯總有機(jī)化合物的來源，判斷是否超標(biāo)，以及提出改善計劃。

實驗結(jié)果表明，量化控制單位原材料的原材料VOC的排放種類和排放量，即可量化控制汽車泡棉成品的VOC排放種類以及排放量這一模型理論成立。

3汽車座椅VOC排放控制實例介紹

筆者公司受邀參與上汽集團(tuán)乘用車公司新架構(gòu)乘用車平臺座椅發(fā)泡研究項目。通過對比研究發(fā)現(xiàn)，上汽集團(tuán)乘用車公司的標(biāo)準(zhǔn)SMTC5400018，和上汽通用的標(biāo)準(zhǔn)TS-BD-003非常類似。因此可以推論，上汽集團(tuán)乘用車公司在制定該標(biāo)準(zhǔn)時，可能參考了上汽通用的標(biāo)準(zhǔn)。因此，實驗室準(zhǔn)備以目前已經(jīng)批量供給上汽通用的汽車座椅泡棉材料配方為基礎(chǔ)，搭建原始配方模型，記錄對應(yīng)的原始數(shù)據(jù)，并在此模型基礎(chǔ)上進(jìn)行理論有效性的驗證。

為了論證模型，試驗中采用苯和甲苯含量比較低的聚醚多元醇和聚合物多元醇原材料進(jìn)行對比測試;脫模劑統(tǒng)一更換為某品牌的水性脫模劑，揮發(fā)物含量低。測試結(jié)果顯示：樣品中僅甲苯含量超標(biāo)，對比標(biāo)準(zhǔn)要求僅僅超標(biāo)10%左右?；诖私Y(jié)果，實驗室決定堅持以已經(jīng)批量供給上汽通用的汽車座椅泡棉材料配方為基礎(chǔ)，在此配方技術(shù)上，通過減少聚合物多元醇的使用量來進(jìn)一步降低產(chǎn)品中甲醛以及其他有機(jī)揮發(fā)物的含量。

根據(jù)計劃，重新調(diào)整設(shè)定了原料配方，并根據(jù)配方制作泡棉樣件，送到上汽集團(tuán)乘用車公司認(rèn)可的第三方測試機(jī)構(gòu)，讓企業(yè)來進(jìn)行最終的檢測。

檢測結(jié)果顯示，所有的檢測項目都在上汽集團(tuán)乘用車公司標(biāo)準(zhǔn)限值之內(nèi)（表1）。因此成功論證了之前提出的模型理論：量化控制單位原材料的原材料VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）的排放種類和排放量，即可量化的控制汽車泡棉成品的VOC排放種類以及排放量。

4實驗結(jié)論分析

4.1搭建框架的理論基礎(chǔ)

座椅發(fā)泡產(chǎn)品中，VOC的排放主要來源于以下方面：甲苯超標(biāo)主要來源于聚合物多元醇和脫模劑;苯乙烯超標(biāo)主要來源于聚合物多元醇;乙醛超標(biāo)主要來源于聚合物多元醇。

4.2實驗結(jié)論

（1）對于無論是聚合物多元醇還是聚醚多元醇，如果重新選擇了無苯酚、低苯乙烯或低醛類的聚合物多元酯材料，與無苯酚、低醛類的聚醚多元醇材料相混合，最后生產(chǎn)出來的汽車座椅泡棉產(chǎn)品中關(guān)于苯類、醛類和乙烯類等有機(jī)化合物的揮發(fā)量才可能顯著降低。所以，產(chǎn)品原材料對于聚合物多元醇和聚醚多元醇的選擇非常關(guān)鍵因素。

（2）為了避免大批量產(chǎn)生VOC排放超標(biāo)的不合格汽車座椅泡棉產(chǎn)品，必須在量產(chǎn)之前，對于混料之前的原材料分別進(jìn)行相應(yīng)的檢測。具體的檢測方法，可以采用替換主劑對比檢測數(shù)值方法，和加倍助劑對比檢測數(shù)值方法，來推算并鎖定檢測指標(biāo)中的有機(jī)化合物排放源，究竟源于哪一種原材料。

5結(jié)束語

通過建立以上模型，可以在配方制定初期，就能控制有機(jī)化合物排放的潛在源頭，最大程度保證了汽車座椅發(fā)泡成品中，VOC有機(jī)化合物檢測結(jié)果符合汽車主機(jī)廠的要求。

除此之外，在生產(chǎn)過程中，還加強(qiáng)過程工藝監(jiān)控，保證工藝過程最佳參數(shù)。通過監(jiān)控生產(chǎn)中量產(chǎn)發(fā)泡棉產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性，提升一次合格率，減少膠水使用量，也是降低汽車座椅發(fā)泡成品的VOC有機(jī)化合物排放的一個重要因素。