汽车转向盘中VOC的检测与分析

朱玲琳，李 红＊，滕 增，花昌亮，郝 玮

（1.扬州大学机械工程学院，江苏 扬州 225127；2.上海东方久乐汽车安全气囊有限公司，上海 201201）

汽车转向盘中VOC的检测与分析

朱玲琳1，李 红1＊，滕 增1，花昌亮2，郝 玮2

（1.扬州大学机械工程学院，江苏 扬州 225127；2.上海东方久乐汽车安全气囊有限公司，上海 201201）

为了确定汽车转向盘中挥发性有机化合物（volatile organic compounds，VOC）释放的量，采用袋式方法研究了时间、温度、材料对VOC质量浓度的影响.结果表明：VOC质量浓度每7 d下降约20%，VOC挥发量随温度升高而增加，使用水性材料及 PC－ABS（polycarbonate／acrylonitrile－butadiene－styrene）等绿色环保材料可降低VOC质量浓度.汽车转向盘中所使用的化工胶水、油漆涂料、真皮、桃木、聚氨酯发泡材料等容易产生VOC，因而可以选用水性聚氨酯作为成膜物质，选择水性助剂和水性纤维树脂作原材料，替代或改善原有制品，可使VOC质量浓度达到主机厂标准.

汽车转向盘；挥发性有机化合物；袋式检测

近年来，随着汽车市场的不断发展，人们不仅追求汽车的款式、性能，也更加关注汽车内饰物品对人体所产生的伤害.2011年，我国颁布了GB／T 27630—2011《乘用车内空气质量评价指南》［1］，规定了车内空气中苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛的浓度限值标准，但该标准主要针对整车而言，并未对内饰件的检测做出详细规定.车内环境决定于车内装饰件材料的化学物质排放，而转向盘是汽车内饰件的一个重要组成，且接近驾驶员，挥发性有机化合物VOC将会直接影响其健康［2－4］.目前，国内进行VOC测试的方法主要是日系的袋式法，即将一定体积或质量的零件放在50 L容积的气袋中，经过气体培养后，采集气体进行分析.与欧美系的VDA法相比，这种采集法采集的气体浓度更平衡，且能控制温度、空气流量、湿度，模拟的条件更真实，所得实验结果更精确.转向盘中VOC主要来源于PU（poly urethane，聚氨酯发泡料）、脱模剂、清洗剂、模内漆（固化剂）、真皮、胶水等，气体成分中的苯烃类组分用Tenax管采样，用ATD－GCMS（热脱附气相质谱）［5－6］仪器分析，而醛酮类组分用DNPH管采样，HPLC（高效液相色谱仪）［7－9］分析.本文对整个转向盘及各材料进行VOC的测试，从存放时间、温度、材料的角度分析所得测试结果.

1 试样袋处理和样件封装

由于转向盘直径一般在360～380 mm，根据其大小选取50 L的样袋型号；将所需测试的油漆、胶水、清洗剂喷涂于100 mm×100 mm的样板上，脱模剂、模内漆喷涂于300 mm×500 mm的铝箔纸上，PU、真皮切割成100 mm×100 mm的试验片，这些试验样片选用10 L样袋进行测试.然后将选取的样袋密封，用真空泵抽空样袋内气体，随后向样袋内注入样袋容积50%的纯氮气（纯度在99.99%以上），并将样袋放在65℃恒温箱内，放置2 h，用真空泵快速将样袋内的气体抽出，上述步骤重复操作2次.由于样袋本身也会释放VOC，为降低对测试的干扰，须清洗采样袋.

样袋处理后，将转向盘缓慢放到样袋内，并注入约占样袋容积30%的纯氮气，用泵将气体抽出，操作2次后，在25℃的恒温环境下注入约占样袋容积50%的纯氮气，将封装好的样件放置在65℃的恒温箱内约2 h.

2 气体采集

在65℃恒温环境下将封装好的样件放置2 h后采集气体，过程如下：① 将装有样件的样袋整体轻揉，使样袋内部的气体均匀分布，再将阀门微开，慢慢挤出管道内残留气体；② 装配Tenax管和DNPH管；③ 打开管道阀门开始采样；④ 完成采集的捕集管必须立即关闭两端，防止气体泄漏影响测试准确性；⑤空白采样袋也应该严格按上述步骤进行空白采样，保证试验数值的准确性.

采集方法均依据HJ／T 400—2007车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法［10］实施，具体采样管捕集条件如表1所示.

3 结果与分析

Tenax和DNPH捕集管应至少采样2次，已捕集的Tenax管用ATD－GCMS检测苯烃物质的浓度，用DNPH管吸附醛酮类物质，洗脱后用HPLC检测其浓度.第1个Tenax管在测量苯系物时如有定量物超过线性范围，可增加标液最高点，或者降低样品取样量，或改变分流比重新测量.平行取样（不少于2个平行样）的测定值与平均值相对偏差不得超过20%.醛酮物的分析过程与苯系物相似，分析每批样件时至少保留2个采样管（Tenax管和DNPH管各1个）.对空白样（没有封装样件但充有氮气并经过加热处理）进行气体捕集与分析，作为采样过程中的现场空白检验，分析结果须与校准曲线的零浓度值进行比较，若异常，则样品作废.

样件挥发浓度计算公式为：ρ＝m×103／V0，式中ρ为样件挥发质量浓度（μg·m－3）；m为捕集管所测得化合物的质量（μg）；V0为捕集管采集的气体量（换算成25℃时的体积，L）.

3.1 时间对检测VOC的影响

表2是在65℃的条件下，分别对同款PU转向盘放置10，5，2 d和立即取样进行VOC质量浓度的测定，结果显示，VOC的质量浓度随存放时间的增加而降低.但不同有机物其质量浓度降低程度不同，甲苯、乙苯、二甲苯、甲醛、乙醛等物质质量浓度降低比较明显，存放时间越长久，下降速率越快；转向盘的主要挥发性有机物甲苯和乙醛的质量浓度下降最为明显，而苯、丙烯醛随着时间增加下降速率缓慢.

表2 放置不同时间PU转向盘VOC的检测结果Tab.2 PU steering wheel VOC test results at different time μg·m－3

美国研究机构［11］发现车内挥发性有机物VOC质量浓度每7 d呈现e－0.23的趋势衰减.图1，2是温度为65℃的条件下，不同零件中甲苯和乙醛挥发浓度随时间变化情况.由图可知，甲苯质量浓度大于350μg·m－3时浓度衰减显著，而质量浓度小于100μg·m－3后随放置时间增加浓度基本不变；当乙醛质量浓度大于200μg·m－3时浓度迅速衰减至较低值后变化不明显，当质量浓度小于100μg·m－3时，衰减速度较缓慢.约30 d后甲醛质量浓度下降约20%，而乙醛质量浓度仅10 d就下降至30%左右，这是由于VOC的挥发浓度及速度主要取决于材料本身的VOC水平和在空气中的挥发速度.

图1 不同零件甲苯质量浓度随时间的变化Fig.1 Toluene concentration from different parts change over time

图2 不同零件乙醛质量浓度随时间的变化Fig.2 Acetaldehyde concentration from different components change over time

3.2 温度对检测VOC的影响

真皮与PU转向盘在不同温度条件下的检测结果见表3，设置加热时间为2 h.结果表明，车内挥发性有机物的质量浓度随温度升高而增大.当温度从23℃升到50℃时，苯、甲苯、乙苯、二甲苯等苯系物升高较快；当温度从50℃升到65℃时，无论是真皮转向盘还是PU转向盘，其主要污染物甲苯、甲醛、乙醛的挥发均升高较多.因此，夏季汽车在太阳下暴晒后，封闭的车厢内会有刺激的味道（尤其是新车），这是车内各材质随温度升高而使VOC的挥发量增加所致.

表3 不同温度下VOC质量浓度Tab.3 The concentrations of VOC under different temperature μg·m－3

3.3 材料对检测VOC的影响

表4为不同材料的VOC质量浓度.油性环保漆比水性油漆挥发的有机物浓度高；环保胶与普通胶相比，苯乙烯质量浓度下降3倍多；新工艺改进后，真皮与发泡料的挥发性有机物浓度均减少，但发泡料的减少幅度更显著，因其成分改进比真皮的工艺改进更简单；而水性脱模剂也比油性脱模剂的有机物挥发量少，浓度减少显著.

发泡料聚氨酯仍以溶剂型为主，使用水性聚氨酯可以减少或消除聚氨酯固化过程中有机溶剂挥发带来的问题；真皮中的大多数甲醛产生于鞣制和复鞣过程中，可在鞣制阶段加入甲醛清洗剂（铵盐）和使用植物鞣剂能减少VOC的挥发；油漆涂料中的成膜物质主要是合成树脂，使用能释放挥发性有机物的涂料助剂，开发水性涂料或高固体涂料均能有效降低VOC的挥发.

表4 不同材料的VOC质量浓度Tab.4 The concentrations of VOC released from different materials μg·m－3

4 结论

由本研究结果可知，为降低车内饰件挥发性有机物的质量浓度，建议各供应商可将半成品、成品储存于空气流通处，放置7 d以上再进行包装，包装时增大包装箱的透气孔，不要使用塑料袋包装，整体可改为环保材料，并在包装箱中加入活性炭，能有效降低VOC的质量浓度.作为主机厂，整车装配完成后，可开窗进行空气流通，夏季注意降低仓库温度等.

从材料上看，汽车转向盘中使用的化工胶水、油漆涂料等，尤其是装饰豪华的轿车内部使用的真皮、桃木、工程塑材等更容易产生VOC，因而可以选用水性聚氨酯作为成膜物质，选择水性助剂和水性纤维树脂作原材料，来替代或改善原有制品，这样才能从根本上降低转向盘中VOC的挥发.

［1］GB／T 27630—2011乘用车内空气质量评价指南 ［S］.北京：中国环境科学出版社，2011.

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Detection and analysis of automobile steering wheel VOC

ZHU Linglin1，LI Hong1＊，TENG Zeng1，HUA Changliang2，HAO Wei2

（1.Mech Engin Coll，Sch of Yangzhou Univ，Yangzhou 225127，China；2.Shanghai East Joylong Motor Airbag Co Ltd，Shanghai 201201，China）

In order to determine the concentration of automobile steering wheel volatile organic compounds（VOC），the author studies the effect of time，temperature and materials on the concentration of VOC using Tedler Bag method.The results show that the concentration of VOC decreases about 20%per week，and it increases as the temperature rises.By using green materials such as water－based materials and PC＋ABS，VOC can be significantly reduced.The materials used in car steering wheel production process include chemical glue，paint，leather，wood，polyurethane foam and so on which release VOC.Thus water－based polyurethane can be used as a film－forming material，water－based and water－based cellulose additive fat can be chosen as raw materials to replace or improve existing products.In this way，VOC can reach the standard of original equipment manufacturers.

automobile steering wheel；volatile organic compound；tedler bag

U 465.6；TG 174.48

A

1007－824X（2015）03－0070－04

2015－03－06.＊ 联系人，E－mail：18352764350＠163.com.

国家科技部火炬计划资助项目（2012GH530716）.

朱玲琳，李红，滕增，等.汽车转向盘中VOC的检测与分析 ［J］.扬州大学学报（自然科学版），2015，18（3）：70－73，78.

（责任编辑 秋 实）