基于一立方舱法对轮胎蒸发碳氢排放试验研究

2021-01-20张仲荣张云霞武金娜

化工设计通讯 2021年1期

王崇，张仲荣，张云霞，武金娜

（中汽研汽车检验中心（天津）有限公司，天津 300300）

环保部于 2016 年 12 月 23 日发布了GB18352.6—2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》法规（简称国Ⅵ法规），要求自 2020 年 7 月 1 日起，所有销售，注册车辆应满足国Ⅵ要求。与国Ⅴ蒸发排放限值相比，即便不考虑加严的测试循环和条件，国六蒸发排放限值为 0.7g/test，比原国Ⅴ 限值的2g/test，加严了65%，测试时间为国Ⅴ时的2倍。燃油系统的排放水平需要控制在国Ⅴ时的 25%以下，对蒸发排放控制、水平提出了更高的要求。如何控制整车的排放研究成了重要的研究课题，而作为汽车的一项重要的非金属部件——橡胶轮胎对碳氢排放具有一定的贡献，本文对轮胎的碳氢排放的分析方法进行模拟实验研究。

1 实验方法

1.1 实验依据

本实验依据样品处理方法依据参照GB18352.6—2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》附录F（规范性附录）蒸发污染物排放实验（Ⅳ型实验）、ISO12219-4：2013《道路车辆内空气.第4 部分：来自车辆内装品和材料的挥发性有机化合物释放的测定方法.小室法》。碳氢化合物GC-MS 分析方法依据参照ISO 16000-6：2011《室内空气第6部分：室内挥发性有机混合物和实验室空气的测定采用Tenax TA@吸附剂活性取样法、热解吸附作用和MS/FID 进行的气相色谱分析法》。

1.2 实验方法

实验舱容积为1m3。轮胎蒸发排放的实验处理模拟整车蒸发排放实验的条件：除加油、放油、预处理行驶、高温行驶等车辆具备的处理外的其他预处理实施，浸车处理（热浸）38℃±2℃保持12～36h，至少12h，放入38℃±2℃舱内1h；接着在6～36h 的常温浸车，然后放入舱内2昼夜（48h）排放测试，设置程序参照附录FB 密闭室标定和昼夜换气排放验用密闭室昼夜环境温度变化表设置。

在将轮胎样品做热浸、24h 和48h 的昼夜排放模拟测试结束后从舱体排气口采集碳氢有机物，用 Tenax TA 管捕集苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯等挥发性有机物，按照ISO16000-6的9.2热分析条件[2]通过热脱附-气质联用仪（TDSGC-MS）进行定性和定量分析。实验过程全程用在线 FID（火焰离子化检测仪）记录舱内碳氢排放的浓度变化。

2 实验设备与材料

1立方实验舱，weiss，型号VCE 1000 classic。氢焰离子化检测器，Testa，型号2000MP-P2。热脱附-气相色谱-质谱联用仪，MARKES-Agilent，型号Ultra-GC7890B-MS5977A。

乘用车轮胎样品3 条，Tenax 管10 支，浓度为1 000mg/L的苯系物标准溶液1瓶。

3 实验流程

模拟流程见图1。

图1 轮胎碳氢测试模拟实验示意图

4 结果与讨论

4.1 热浸实验CH释放结果

轮胎零部件在经过常温处理后，进行模拟高温热浸实验，将样品放进实验舱后，舱内的温度在38℃，背景浓度低于1.96mg/m3（以丙烷当量计算），在1h 内，轮胎样品的碳氢有机物（CH）呈现缓慢上升的趋势，如图2所示，从刚开始的约2mg/m3以下到1h 结束时缓慢上升至3.5～6.1mg/m3，为后续历时24h 昼夜温差变化的1/5～1/2。高温的热浸有利于非金属零部件表面的挥发性有机物释放，也是模拟车辆在夏季日间经历高温的一个过程，热浸实验主要是观察高温下的轮胎释放有机物的水平。

图2 轮胎在热浸模拟条件下的CH排放

4.2 24/48h昼夜CH释放结果

热浸后的轮胎进行模拟了24/48h 昼夜温差变化实验程序，两个阶段的CH 排放水平，如图3所示，可以看出3个轮胎样品在经历了第一个24h 的20-35-20℃温度程序后，CH 的释放水平都达到了10mg/m3以上，之后又经历了一个24h 周期的同样温度变化，CH 排放大幅度增长，为25～50mg/m3，即48h 的CH 排放为24h 的2～3倍，并且整个过程CH 排放一直持续在增加。

图3 轮胎在昼夜温差模拟条件下的CH排放

4.3 CH释放的主要成分定性

3个轮胎样品在38℃的热浸实验下的CH 有机物的排放总离子流图如图4所示。

图4 轮胎在热浸条件下CH排放的GC-MS图

从图4看出三个轮胎样品的CH 化合物排放特征明显有区别。经解谱分析发现，释放成分主要含有苯系物、酮类、烯烃、硅氧烷、硫化剂等橡胶助剂及溶剂的产物，其中30种主要的有机物的成分解析如表1所示，以面积百分比进行统计。具有明显的差异成分如苯乙烯、1，3-二异丙苯、甲苯、4-甲基-2-戊酮、2-巯基苯并噻唑、十二甲基环六硅氧烷等等释放水平较高，这部分排放较高的物质可以在备胎受高温辐射后从车厢后部扩散进入车厢中部和前部中，容易给车厢中的人员带来伤害；其二这些轮胎中的典型成分可以作为轮胎的特征性物质进行鉴别轮胎类型，进而寻找特殊气体物质的来源研究。