汽車頂棚低VOC組合材料的研發(fā)

鄧介英

摘 要：隨著汽車消費(fèi)者對(duì)綠色環(huán)保意識(shí)的提高，以及揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)（VOC）對(duì)人體健康有巨大影響，結(jié)合《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量的基本要求，主機(jī)廠分解了每個(gè)汽車零部件總成的排放指標(biāo)，針對(duì)汽車車內(nèi)VOC的要求制定了具體詳細(xì)的限值，而汽車頂棚中使用的聚氨酯類膠黏劑、聚氨酯類發(fā)泡、溶劑類膠黏劑以及其它添加劑都會(huì)是車內(nèi)VOC的主要來源。本文通過明確所需控制的內(nèi)容和方向，結(jié)合VOC環(huán)保目標(biāo)，拆解頂棚分解結(jié)構(gòu)，制定詳細(xì)方案和實(shí)施研究方向，對(duì)材料，制作工藝以及測(cè)試方法的研究，提供了降低車頂VOC的整體方案。

關(guān)鍵詞：汽車頂棚;材料;VOC;測(cè)試方法;工藝

1 引言

隨著駕乘人員對(duì)車內(nèi)舒適性的要求越來越高，車內(nèi)空氣質(zhì)量也越來越被消費(fèi)者重視。本著對(duì)駕乘人員的健康保障，國(guó)家及各大OEM也發(fā)布了針對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了車內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和零部件的VOC限值要求。按照“HJ/T400-2007車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測(cè)定方法”，在被檢車輛中共定性檢測(cè)到有機(jī)物200多種中，VOC較為常見的有苯類、醛類、酮類物質(zhì)，它們?cè)陉?yáng)光和熱的作用下能參與氧氮反應(yīng)形成臭氧造成環(huán)境影響，對(duì)人的呼吸道系統(tǒng)刺激性大且具有滲透、揮發(fā)及脂溶等危害，當(dāng)VOCs濃度超過一定濃度時(shí)其危害更多，在短時(shí)間內(nèi)人們會(huì)感到頭痛、惡心、嘔吐、四肢乏力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成人中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損，昏迷、記憶力下降等，長(zhǎng)期接觸會(huì)使人患上癌癥與血液病的風(fēng)險(xiǎn)，比如我們最常說起的室內(nèi)甲醛污染。因此按照HJ/T 400-2007標(biāo)準(zhǔn)的分析方法能檢出的物質(zhì)，毒性較大、對(duì)人體健康影響較大的物質(zhì)，車內(nèi)檢出頻率較高的物質(zhì)，在有機(jī)物控制措施符合國(guó)家當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展水平和經(jīng)濟(jì)可行的前提下，確定了乘用車內(nèi)空氣中的苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、乙苯、甲醛、乙醛和丙烯醛8種物質(zhì)以及TVOC總量的限制。

2 頂棚產(chǎn)品的VOC優(yōu)化

頂棚作為面積較大的汽車內(nèi)飾件之一，不僅具有裝飾和隔音隔熱的作用，在提供使乘員感覺舒適和視覺美觀的同時(shí)，其VOC改進(jìn)方面一直備受客戶關(guān)注，隨著OEM和終端消費(fèi)者對(duì)汽車VOC關(guān)注度和要求的提高，頂棚的VOC表現(xiàn)也需要一個(gè)質(zhì)的飛躍，而目前使用最多的濕法工藝頂棚，主要是依靠膠水將多層材料粘合模壓成型膠粘完成。為響應(yīng)客戶需求同時(shí)提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，頂棚的VOC優(yōu)化需解決以下問題：

2.1 PU和膠水改進(jìn)以降低頂棚總成的VOC值

為了降低頂棚總成的VOC排放量，經(jīng)過對(duì)原材料的篩選分析，PU、骨架膠、面料膠及附件粘結(jié)膠對(duì)頂棚總成的VOC貢獻(xiàn)量較大，因此本案主要針對(duì)PU和膠水改進(jìn)以降低頂棚總成的VOC值。

首先PU作為頂棚基材最重要的部分，屬于聚氨酯發(fā)泡，其基本原理是通過異氰酸酯、聚醚同時(shí)添加一些助劑聚合反應(yīng)而成。通過對(duì)PU的VOC貢獻(xiàn)量分析。聚氨酯發(fā)泡對(duì)頂棚的醛類有很大的貢獻(xiàn)。醛類主要是來自聚醚，聚醚中存在環(huán)氧乙烷，而環(huán)氧乙烷與乙醛為同分異構(gòu)，在制造聚醚的過程中容易產(chǎn)生附帶物醛類物質(zhì)，因此在選取優(yōu)化聚醚原材料的同時(shí)也要通過后處理的方法來優(yōu)化聚氨酯發(fā)泡的醛類物質(zhì)排放，使用反應(yīng)型催化劑及高分子催化劑來替代常規(guī)的胺類催化劑，避免使用金屬類催化劑、含二氯甲烷類催化劑及任基苯酚抗氧劑等。

通過以下數(shù)據(jù)可直觀看出其VOC的改進(jìn)有效性（表1）：

面料膠和骨架膠的主要原材料也為異氰酸酯和聚醚，不過與PU稍有不同，其合成聚醚的原料為環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷，反應(yīng)活性度非常高，劇烈放熱時(shí)容易發(fā)生副反應(yīng)。通過圖5可看出面料膠和骨架膠對(duì)醛類的貢獻(xiàn)量也較為明顯，目前主要通過兩個(gè)方面的改進(jìn)：原材料優(yōu)化及物理提純。其中原材料優(yōu)化針對(duì)聚醚和聚酯多元醇的調(diào)整，降低聚醚的使用量從而降低醛類物質(zhì)的產(chǎn)生，同時(shí)加入改性MDI將醛類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為羥基化合物;物理提純是在原材料聚合及擴(kuò)連反應(yīng)過程增加真空吸附提純工藝，以降低原液及反應(yīng)產(chǎn)生的的醛類物質(zhì)和相關(guān)雜質(zhì)。

通過調(diào)整原材料和工藝優(yōu)化，面料膠和骨架膠的VOC排放有了顯著改善，以下數(shù)據(jù)可直觀看出其VOC的改進(jìn)有效性（表2，表3）：

附件粘結(jié)膠主要有兩類：溶劑膠和熱熔膠，通過VOC貢獻(xiàn)量數(shù)據(jù)顯示溶劑膠對(duì)苯類物質(zhì)貢獻(xiàn)較大，而溶劑膠的常見溶劑就有甲苯，乙酸乙酯等。為有效降低VOC的有效方案就是不使用含溶劑的膠水。結(jié)合頂棚附件粘結(jié)的工藝需求和試驗(yàn)指標(biāo)，通過使用熱熔膠替代溶劑膠的方案可有效改善苯類物質(zhì)和VOC總量（見表4）：

2.2 整合頂棚原材料使用類型并優(yōu)化制作工藝

降低頂棚整體的VOC，不僅從原材料的VOC優(yōu)化方面，同時(shí)整合原材料的使用類型，尤其是膠水類型的整合，將骨架膠通過改良后運(yùn)用到面料復(fù)合工藝上以替代面料膠，并改進(jìn)面料粘結(jié)的工藝，從而降低頂棚本體的VOC排放量。同時(shí)，在粘結(jié)子零件和包邊工藝方面，原本粘結(jié)金屬類，塑料類以及面料包邊分別采用了不同的膠水，現(xiàn)采用了全新的膠水，既能粘金屬件，塑料件，也能使用于面料包邊，新膠水的引入，不僅整合了使用類型，同時(shí)也對(duì)制作工藝實(shí)現(xiàn)高度統(tǒng)一，確保頂棚背面附件采用相同的膠水，相同的制造工藝。

通過對(duì)原材料VOC的優(yōu)化，對(duì)使用膠水類型的整合，不僅有效降低了頂棚的整體VOC數(shù)值，同時(shí)也是對(duì)制作工藝的整合，減少了膠水多樣化所帶來的監(jiān)控成本，膠水的類型也由原來的5種減為現(xiàn)在的2種，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。通過以下數(shù)據(jù)可直觀看出頂棚VOC的改進(jìn)有效性（見表5）。

2.3 ?建立良好的VOC樣品制作環(huán)境

目前對(duì)頂棚的VOC進(jìn)行了很多次測(cè)試，測(cè)試結(jié)果偏差比較大，為防止實(shí)驗(yàn)樣品發(fā)生二次污染，有必要對(duì)VOC實(shí)驗(yàn)樣品的制作進(jìn)行規(guī)定。需注意如下幾點(diǎn)：對(duì)于工廠環(huán)境，需關(guān)注空氣質(zhì)量，如避免使用柴油叉車以防止尾氣排放對(duì)產(chǎn)品的影響，同時(shí)確保工廠有通風(fēng)換氣的排放裝置，對(duì)設(shè)備保養(yǎng)用的油品類做好隔離，因?yàn)檐図斆媪宪浥菥哂形教匦?對(duì)于工藝操作過程，避免使用化學(xué)排放性高的輔料如脫模劑，每道工藝接觸車頂需用棉質(zhì)手套，在工藝操作指導(dǎo)書中規(guī)定不戴手套或帶膠手套禁止觸摸車頂;車頂表面或背后不可用記號(hào)筆書寫，若要做標(biāo)記，可用標(biāo)記牌記錄產(chǎn)品狀態(tài);相關(guān)模具的殘膠采用干冰清洗，盡量避免用溶劑類清洗劑如甲基吡咯烷酮。

3 結(jié)束語(yǔ)

優(yōu)化VOC最根本的途徑是優(yōu)化原材料，選擇低VOC的原材料，合理使用添加劑，減少溶劑的使用，調(diào)整適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)工藝過程，減少VOC帶入成品件，同時(shí)建立良好的通風(fēng)倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境，避免交叉污染的同時(shí)加快零件的VOC散發(fā)。隨著國(guó)家相關(guān)法規(guī)的出臺(tái)，對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量改善的重視，必將使相關(guān)原材料，汽車零部件，整車制造業(yè)整體水平得到提升，向綠色環(huán)保升級(jí)轉(zhuǎn)型?！肮?jié)能，環(huán)保，安全”是汽車發(fā)展的主題，車內(nèi)空氣質(zhì)量也會(huì)深刻影響消費(fèi)者的購(gòu)車?yán)砟?，只有從源頭出發(fā)才能從根本上解決車內(nèi)VOC問題，頂棚作為汽車內(nèi)飾件的重要組成部分，更應(yīng)該通過設(shè)計(jì)，原材料選用，生產(chǎn)加工等各個(gè)環(huán)節(jié)，最大限度地降低對(duì)乘員的危害，從而構(gòu)建良好的乘車環(huán)境。

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