谢沅博,刘 军,陈传彬,马振明,席金芳,王昌进

中车资阳机车有限公司产品研发中心,四川 资阳 641301

0 引言

VOC代指挥发性有机化合物,又用TVOC表示若干个VOC的总量,即室内挥发性有机化合物总量。不同国家和地区对VOC的定义也不同,其中普遍认可的2种定义如下:世界卫生组织(WHO)对总挥发性有机物(TVOC)的定义为沸点范围在50～260 ℃,在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物的总称[1];美国环保署(EPA)定义为除一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金属碳酸盐和碳酸铵外任何参与大气光化学反应的碳化合物。当车内或室内的VOC达到一定浓度后,短时间人会产生头痛、头晕、咳嗽或呕吐现象,长期处在该环境下将会损害肝脏、神经系统以及诱发细胞、器官癌变等生命危险。自2018年以来某动车组连续发生多起车内异味严重被投诉事件[2],中国铁路总公司表示,若异味长期难以消除,将要求中车集团召回某动车组并索赔,因此针对轨道机车车辆VOC的管控迫在眉睫。

1 轨道车辆VOC管控标准及管控现状

1.1 轨道车辆 VOC管控标准

国内最早在2003年开始注意汽车车辆内VOC含量对车内人员的影响,并于2008年发布了HJ/T 400—2007《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》,轨道交通车辆在VOC方面的管控标准只有TB/T 3139—2006《机车车辆内装材料及室内空气有害物质限量》,这个标准对车内板材类材料、铺地材料、胶粘剂、涂料、橡塑制品、纺织品、保温材料、座椅卧铺发泡材料等10类材料作出限值要求[3],同时根据GB/T 18883—2002《室内空气质量标准》,也对整车空气中甲醛和TVOC作出了明确的限值要求,而在2012年国家又发布GB/T 27630—2011《乘用车内空气质量评价指南》,这是首个国内关于车内空气质量的国家标准,但该标准并不具有强制性,和其他几个标准相比,技术要求较低。各标准对比如表1所示。

表1 管控标准对比

1.2 轨道车辆 VOC管控现状

在2019年,中车集团发布了轨道车辆客室和司机室挥发性有机化合物、内装非金属材料、设备部件等管控技术要求[4],与此同时,中车各大主机厂也制定了适合于本厂的管控技术规范,但均未给出整车室内单项VOC管控限值以及TVOC限值,各主机厂管控标准的主要区别如表2所示。

表2 各大主机厂管控物质对比

通过调查统计和对比发现,目前大部分新下线内燃机车、电力机车、城轨等车辆的整车空气质量基本都不满足TB/T 3139—2006中TVOC小于0.6 mg/m3的限值要求,主要原因如下。

该标准仅对甲醛这项作了限值要求,而构成TVOC的有害挥发物还有苯、甲苯、乙醛、二甲苯等。该标准所规定检测油漆涂料、胶粘剂等物质的VOC,仅检测了其含有量,而实际这些油漆涂料、胶粘剂在涂抹干燥后会持续释放VOC,这部分释放量与前期检测的含有量并无关联性。此外,目前在车辆设计、原材料选取、生产制造等环节中并未将环保作为一项重要指标去考量,同时满足环保性能、机械性能、可靠性、耐疲劳性能的材料有限,并且企业自身也会考虑生产成本等因素[1]。

中车各大主机厂所制定的材料、零部件标准限值也已远远超过TB/T 3139—2006中的限值要求,相关行业专家认为应以GB/T 27630—2011作为参考,制定适合于企业自身的标准。

2 轨道车辆VOC管控措施及建议

汽车行业在VOC管控方面较为成熟。据统计,国内72%的大型汽车制造商形成了一套完善的管控体系以及对供应商的VOC管控体系[5],在调研了解后发现,其中某些管控方式和措施是可以借鉴到轨道交通VOC管控上来的,尤其是过程管控体系的建立和技术路线的方向。

2.1 建立过程管控体系

机车车内空气质量管控工作始终贯穿整车开发和车辆量产过程,是一个持续控制与不断改进的过程,所以建立完善合理的标准和管控体系至关重要。从材料源头、零部件生产、整车总装工序等环节进行把控,整个管控流程将涉及研发、质量、工艺、生产、售后等环节。因此,相关职能部门为解决因牵扯部门较多而导致协调管理困难的问题,需要制定《车内空气质量管理办法》体系文件,以此规范机车从研发到量产再到用户使用这整个流程链的空气质量管理控制,明确研发、质量、生产、销售等部门的责任分工,从而建立整个流程链的管控体系,如图1所示。

图1 全流程链过程管控

2.2 确定技术路线

依据汽车企业的正向设计理论,轨道车辆VOC管控需要遵循“源头管控、主动释放、持续跟进、常态平衡”的总体原则[4],制定由整车级分解到零部件级,再由零部件级分解到材料级的控制技术路线,即主机厂通过总量分解来制定责任目标,主机厂与零部件企业、零部件企业与材料供应商之间则通过产品VOC性能技术要求进行责任传递,管控技术路线如图2所示。

图2 管控技术路线

从主机厂具体的管控切入点来说,可将其分为材料源头管控和总装工序管控[6]。材料源头管控主要由研发部门牵头组织进行,主要包括制定VOC标准、加强高危材料的研究和处理,管控流程如图3所示。

图3 管控流程

2.2.1 材料源头管控

1)制定VOC标准,明确材料取样方式、测试方法、温湿度等参数,对材料进行VOC测试,并根据测试结果建立合理的VOC限值,从而制定相应的企业标准。此外,对材料进行入厂监督检验和物料抽检,保证物料均符合标准要求。

2)高危材料的研究和处理,对车内使用量大且VOC浓度较高的材料,结合材料特点,从原材料选型、生产工艺、VOC衰减规律和化学净化等方面进行改善,同时对重点材料进行强化处理,在一定温度条件下加速材料内部VOC的释放。

2.2.2 总装工序管控

由于机车内装材料在较短时间内全部安装到车体内部,在相对封闭的空间内不利于VOC充分释放,因而结合材料的VOC检测结果和总装工序的过程,分物料入厂、组装和调试这3个阶段进行空气质量管控,以保证VOC充分释放。

1)物料入厂存放阶段。该阶段是车下加速VOC释放的最后阶段,因此物料到厂后采用拆除外包装防护膜和胶合板垫片隔开码放等方式存放。

2)组装阶段。根据材料VOC测试结果,将组装阶段会产生较大含量的VOC工序进行加速释放处理,各工序的管控措施如表3所示。

3)调试阶段。该阶段主要采取加热通风措施。先采用专用设备加热,车内温度在45～60 ℃,处理时间不小于24 h(每加热6 h通风1次,通风时间2 h),再采用空调加热,车内温度在35～40 ℃时加热2～4 h,通风时间2 h,循环3～5次。

3 结束语

现阶段,TB/T 3139—2006中TVOC小于0.6 mg/m3的限值不符合实际,相关企业标准的制定应以GB/T 27630—2011作为参考。机车车内空气质量管控工作是一个持续控制与不断改进的过程,需要研发、质量、工艺等部门协作管控,为此企业制定相关的体系文件是很有必要的。要依据“源头管控、主动释放、持续跟进、常态平衡”的总体管控原则,研发部门应制定由整车级分解到零部件级,再由零部件级分解到材料级的管控技术路线,通过责任目标进行责任传递;同时还应对高危材料、外购零部件进行管控研究,达到从源头管治的目的。