車內(nèi)高溫下甲醛及氣味散發(fā)研究

許明春 李永 胡雋雋 姚其海

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心）

車內(nèi)異味一直是中國市場抱怨的主要問題，從顧客抱怨的場景分析可得知大約有一半以上的車內(nèi)異味抱怨發(fā)生在高溫、曝曬、長時間的高溫密閉的條件下。由此系統(tǒng)地研究高溫下車內(nèi)的甲醛及氣味性問題能夠解決大多數(shù)車內(nèi)異味客戶抱怨問題。同時，從行業(yè)內(nèi)發(fā)展趨勢來看，汽車行業(yè)普遍開始重視高溫下的有機(jī)揮發(fā)物和氣味問題。伴隨消費者日益關(guān)注高溫下車內(nèi)健康危害風(fēng)險，文獻(xiàn)[1]將高溫甲醛散發(fā)和氣味列為重要評價內(nèi)容之一?；诖?，只有通過對高溫條件下甲醛和氣味性散發(fā)特性和影響因素的研究，才能為車內(nèi)高溫甲醛和氣味提供控制方向。

1 背景分析

根據(jù)J.D.Power 2018—2020年研究報告（新車質(zhì)量研究IQS）顯示，中國車主對汽車內(nèi)部難聞氣味的抱怨已經(jīng)連續(xù)2年登頂抱怨次數(shù)排行榜的榜首。J.D.Power對消費者車內(nèi)氣味抱怨原因進(jìn)行整理歸納，其中“暴曬之后”和“長時間停放”的占比較高。

曝曬之后（車內(nèi)溫度高）的車內(nèi)氣味抱怨占據(jù)了最主要的發(fā)生時間，這也印證了高溫條件下甲醛散發(fā)和氣味問題是顧客主要抱怨來源，因此非常有必要開展高溫下甲醛散發(fā)和氣味問題特性研究和管控措施制定。

根據(jù)海南試驗場某款車型暴曬后各部位的溫度采集，當(dāng)日環(huán)境溫度最高38.3℃，車內(nèi)空氣68.1℃，儀表板、座椅、頂棚等零部件均處于高溫環(huán)境，最高達(dá)87℃，如圖1所示。高溫下氣味散發(fā)加速，異味更易產(chǎn)生，所以必須系統(tǒng)的分析研究高溫下的甲醛和氣味散發(fā)來源，才能徹底解決車內(nèi)異味問題。

圖1 海南試驗場某款車型暴曬后各部位溫度分布圖

2 車內(nèi)散發(fā)物質(zhì)特性分析

2.1 溫度對甲醛釋放的影響

甲醛沸點-19.5℃，易揮發(fā)，對人眼、鼻有刺激性作用，車內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)、儀表板系統(tǒng)中齒輪、連桿等POM（聚甲醛）材料，座椅、地毯、頂棚等發(fā)泡件是其主要來源。

1）對不同溫度下車內(nèi)甲醛釋放的檢測結(jié)果分析，高溫下甲醛質(zhì)量濃度可達(dá)常溫下的10倍以上。高溫下甲醛散發(fā)與溫度并非呈線性，如圖2所示。

圖2 溫度對甲醛釋放的影響圖

有研究表明，VOC單體的擴(kuò)散系數(shù)與溫度的1.75次方成正比，溫度是影響VOC散發(fā)的最主要因素[2]。內(nèi)飾件中甲醛釋放因素除了高溫下共聚單體熱解化學(xué)鍵裂解之外，還有溫度升高帶來的殘留單體、助劑等加速揮發(fā)導(dǎo)致。甲醛散發(fā)量隨溫度的升高釋放量逐漸增加。在初始階段甲醛的釋放速率非常快，在8 h內(nèi)即可釋放總量的80%以上，該階段對外界溫度變化最敏感，是甲醛擴(kuò)散的最主要階段，隨著時間的延長擴(kuò)散速率逐漸減慢并逐步趨于平緩，在一定的空間內(nèi)達(dá)到動態(tài)平衡。

2）對65℃加熱2 h（高溫條件）及25℃常溫下放置16 h的車內(nèi)零部件進(jìn)行VOC檢測，數(shù)據(jù)對比并做統(tǒng)計分析，甲醛是受溫度影響較大的物質(zhì)，高溫條件下應(yīng)重點關(guān)注和管控。

圖3示出不同溫度下（65℃對比25℃），車內(nèi)有機(jī)揮發(fā)物散發(fā)量的結(jié)果。

圖3 不同溫度下車內(nèi)有機(jī)揮發(fā)物散發(fā)量對比圖

從圖3可以得到以下結(jié)論：

1）溫度升高，分子活化能增大，VOC散發(fā)量增加；

2）溫度對不同VOC物質(zhì)散發(fā)的影響大小依次為：TVOC>甲醛>苯乙烯>甲苯>乙苯>乙醛>二甲苯；

3）高溫下的甲醛是重點關(guān)注和管控物質(zhì)。

2.2 溫度對車內(nèi)氣味影響

高溫下，除“五苯三醛”，車內(nèi)新增檢出多種有機(jī)化合物，包括直鏈烷烴、支鏈烷烴、苯的同系物、環(huán)烷烴、酯類及醛類等，部分物質(zhì)存在刺激性氣味，影響高溫條件整車氣味性，如表1所示。

對車內(nèi)重點22種零部件在高溫下和常溫下的氣味性進(jìn)行對比，結(jié)果如圖4所示。

圖4 重點零部件高溫下和常溫下的的氣味性測試結(jié)果

65℃條件下各零部件的氣味等級明顯低于25℃，且相差在0.5～1.5級之間。頂棚隔音墊、備胎蓋板、阻尼墊、門板及風(fēng)道等內(nèi)飾件的氣味等級相差較高；密封條、立柱、前圍隔音墊及空調(diào)等內(nèi)飾件的氣味等級相差較低。同時在相同檢測條件下，內(nèi)飾件TVOC濃度與氣味等級有一定的正相關(guān)關(guān)系：TVOC濃度越高，氣味等級越小，即內(nèi)飾件的氣味性越差。

3 高溫下甲醛、氣味性來源分析及管控方向

地毯、氈制品：車內(nèi)使用的地毯、內(nèi)飾毛氈和頂棚氈的VOC揮發(fā)量較高，氣味性強(qiáng)。這主要是與其制造過程中使用的粘結(jié)材料酚醛樹脂直接相關(guān)，酚醛樹脂膠黏劑采用的合成原料為甲醛，若反應(yīng)不完全，膠黏劑中會含有游離甲醛[3-4]?？刂拼胧哼x用環(huán)保型的膠黏劑，選用不含或者少含酚醛樹脂的地毯毛氈是重要的途徑。

皮革制品：甲醛可產(chǎn)生于皮革制造的各個階段，主要產(chǎn)生于鞣制和復(fù)鞣過程中?？刂拼胧涸黾忧暗拦ば蛑械乃创螖?shù)和用水量，延長水洗時間；選用低VOC的復(fù)鞣劑，同時復(fù)鞣劑配方中使用無甲醛的化料；增加烘道長度，延長皮革掛涼時間；涂布材料中增加醛類捕捉劑[5]，減少醛類物質(zhì)及祛除醛類物質(zhì)帶來的氣味；生產(chǎn)車間保證通風(fēng)性，利于加工過程中氣味排除；在操作工藝后期，避免引入2次污染源。

織物、襯背：為了使汽車內(nèi)紡織品能夠達(dá)到防皺、防縮、阻燃的效果，或者是保持印花、染色的耐久性以及改善手感，都需要在紡織品生產(chǎn)助劑中加入甲醛?？刂拼胧汉Y選出適當(dāng)?shù)幕げ牧虾驮吓浞?。了解供?yīng)商提供的化工材料性能，在采購原料時要求供貨方出具產(chǎn)品中甲醛含量合格的證明；生產(chǎn)過程中使用在實踐中證明有效的甲醛消除劑；在加工過程中，應(yīng)使用綠色環(huán)保的甲醛替代產(chǎn)品。

膠黏劑：汽車內(nèi)飾會使用多種溶劑型膠黏劑，會釋放出各種有毒有害的揮發(fā)性有機(jī)物和氣味性分子物質(zhì)。控制措施：開發(fā)使用水性膠黏劑，不含有機(jī)溶劑；采用熱熔型膠黏劑，不含有機(jī)溶劑；在使用膠黏劑后采取后處理措施，如烘烤通風(fēng)，盡量使揮發(fā)性物質(zhì)散發(fā)完全；尋找其它綠色環(huán)保溶劑替代有機(jī)溶劑，減少膠黏劑的揮發(fā)。

聚氨酯發(fā)泡材料：座墊、頭枕、隔音墊、儀表板、遮陽板、門板及頂棚等內(nèi)飾件中都有應(yīng)用。控制措施：采用水性聚氨酯，減少聚氨酯固化過程中有機(jī)物揮發(fā)；改變合成工藝，增加后處理環(huán)節(jié)，減少有機(jī)物散發(fā)；改用綠色環(huán)保的脫模劑、清洗劑、催化劑等避免有機(jī)溶劑的殘留和散發(fā)。

4 結(jié)論

從研究的高溫下甲醛和氣味性的散發(fā)特性來看，高溫階段甲醛受溫度影響最為明顯，可以達(dá)到常溫階段的10倍以上散發(fā)濃度，氣味在高溫下會有0.5～1.5級的變差趨勢；可以從車型VOC全譜分析結(jié)果，取合集確定車內(nèi)空氣質(zhì)量所有可能出現(xiàn)的散發(fā)物質(zhì)。根據(jù)各項物質(zhì)的化學(xué)特性，識別異味產(chǎn)生的物質(zhì)。通過沸點確認(rèn)加速揮發(fā)的溫度條件，鎖定高溫下氣味改進(jìn)的目標(biāo)化合物，與零部件級揮發(fā)物質(zhì)進(jìn)行匹配，通過材料源頭、工藝改進(jìn)、后處理加速散發(fā)降低高溫下甲醛及氣味。