孔俊，胡隽隽，单丹丹，邓俊杰，程健

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

前言

随着生活水平的提高，私家车越来越成为人们生活中必不可少的一部分，据统计至2017年年底，中国汽车车保有量达到2.17亿辆，平均每6个人拥有一辆汽车。随着汽车的普及，人们在车内时间亦大量增加，车内环境的健康程度成为消费者重要的购车依据。VOC（挥发性有害物质，包含苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛八项有害物质）对驾乘人员健康存在不利[1]影响，是车内环境健康重要指标，我国已制定 GB/T 27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》（强标修订中）进行管控[2]。其中汽车顶棚作为车内大面积的部件，其醛类挥发量对整车的VOC指标有非常重要的影响。

1 车用顶棚概述

顶棚是在车顶金属件下加装的内饰部分，主要是提升车内装饰性，还具有隔热隔音功能。顶棚按照装配方式分为粘结式、吊装式和成型顶棚。目前汽车市场上最常见的是成型顶棚，其结构如图1。其中P12胶膜、H30、SE15具体材质分别为水性胶、PE膜和PE膜。

图1 顶棚结构

2 试验部分

2.1 主要仪器设备

离子分子反应质谱仪（简称快检设备）：北京帕莫瑞科技有限公司；气相色谱质谱联用仪（GC-MS）和高效液相色谱仪（HPLC）：安捷伦科技有限公司；整车 VOC环境舱和零部件VOC环境舱：东莞市升微机电设备科技有限公司；2000L袋子：宁波环测实验器材有限公司。

2.2 试验步骤

a）先将样袋密封后抽空样袋内空气，再向样袋中充入占其容积50%左右的纯氮气（纯度为99.99%以上）；

b）在65℃恒温箱内放置2h后，用真空泵迅速将袋内的气体抽出；

c）重复操作上述a）b）步骤2次；

d）测量并记录样件的尺寸（mm），组合样品按照最大样尺寸记录；

e）向处理过的样袋中投入样件后密封；

f）在室温下向样袋内充入样袋容积 30%左右的纯氮气后，用泵将气体抽出；

g）按照F反复进行2次操作后注入样袋容积50%左右的纯氮气；

h）在进行气体捕集前将封装好的样件投入到 65℃的恒温箱内放置2h；

i）样品在65℃下恒温2h后，装配配管；

j）轻揉装有零件的样袋，使内部的气体均匀化，微开阀门，挤出管道内残留气体；

k）装配TENAX管和DNPH管，打开管道阀门开始采样；l）采完样的捕集管应立即关闭两端。

2.3 试验结果

表1 顶棚总成VOC数据

如表1所示，顶棚中甲醛和乙醛挥发量超出限值要求，致使顶棚VOC不达标。

3 顶棚醛类挥发量整改

通过对厂家提供材料清单进行排查，最终确定甲醛、乙醛挥发根源为顶棚中的PU层。PU是多元醇（-OH多为聚醚多元醇）和异氰酸酯（-NCO）及一定比例的发泡剂、催化剂反应发泡成型[3]。PU发泡层甲醛、乙醛挥发量过高主要有以下3个原因：1）多元醇中小分子量醇氧化产生甲醛、乙醛；2）小分子催化剂、发泡剂反应产生甲醛、乙醛；3）顶棚半成品放置条件不利于产生的甲醛、乙醛发散。

3.1 原材料对顶棚醛类挥发量影响

醇类在加热氧环境下生成醛类，其化学反应如下

2R-CH2OH+O2→2R-CHO+2H2

由反应式可看出，聚醚多元醇原料中残余的小分子醇在发泡环境下易氧化反应生成甲醛、乙醛。针对小分子醇氧化反应生成甲醛、乙醛提出以下两个整改措施：1）对聚醚多元醇原料进行了提纯处理，通过工艺后道处理，加入水，再用水将小分子物质萃取出去，最后将水和小分子物质一起抽提出聚醚多元醇体系；2）在聚醚多元醇原料中加入抗氧化剂减少聚醚多元醇原料氧化[4]。

从表2可看出，通过聚醚多元醇原料提纯可大量减少醛类的生成，从而大量减少醛类挥发，提高VOC水平。

表2 聚醚多元醇原料提纯对醛类挥发量的影响

从图1可看出：加入抗氧剂也可以大量减少醛类的生成，从而大量减少醛类挥发，提高VOC水平；从醛类挥发曲线可看出，随着抗氧剂的增多醛类挥发量减少效率有一定的减缓，从成本考虑加入1%量的抗氧剂较为合适。

图1 加入抗氧剂对醛类挥发量（μg/m3）的影响

3.2 半成品处理对顶棚醛类挥发量影响

通过半成品的加热通风对顶棚成品醛类挥发量也有较大的影响，可一定幅度改善VOC。

图2是在常温条件（设定为25℃）半成品在通风条件放置不同天数，其顶棚成品醛类挥发量的变化趋势。放置时间有助于顶棚在半成品阶段释放醛类，可改善顶棚成品的VOC。

图2 通风放置时间对醛类挥发量（μg/m3）的影响

图3是在通风条件半成品在在不同温度条件下放置1天，其顶棚成品醛类挥发量的变化趋势。放置温度的升高有助于顶棚在半成品阶段释放醛类，可改善顶棚成品的VOC。

图3 放置温度对醛类挥发量（μg/m3）的影响

3.3 顶棚综合改善后醛类挥发量提升

如表3所示，综合聚醚多元醇原料提纯、加入1%抗氧剂及在60℃条件下通风放置1天，通过多种改善方案的共同优化，顶棚总成醛类挥发量下降明显，甲醛挥发量下降了92.6%，乙醛挥发量下降了87.7%，挥发量仅为限值含量的7.4%和23.8%，顶棚VOC改善明显。

表3

4 总结

通过通过对厂家提供材料清单进行排查，对顶棚醛类超标主要原因PU发泡进行整改，分析了聚醚多元醇原料提纯、添加抗氧剂、半成品加热和通风放置等手段对醛类挥发量的影响，其中聚醚多元醇原料提纯和添加抗氧剂改善效果最为明显。最终综合响应整改方案，有效的控制顶棚成品醛类挥发量，甲醛及乙醛挥发量仅为限值含量的7.4%和23.8%，VOC改善明显。

参考文献

[1] 陈小开.车内挥发性有机物污染的分析评价及吸附光催化研究[D].湖南大学,2011.

[2] 葛蕴珊.车内空气质量标准进展[J].汽车与安全,2016（5）:156-157.

[3] 徐培林,张淑琴.聚氨酯材料手册[M].北京:化学工业出版社,2016:84-87.

[4] 张治国,伊红.聚酯的热降解研究进展[J].化工进展,2006,25（9）:2-3.