汽车顶棚常见VOC不合格问题原因剖析与改善

付鑫，李海青，郭秋彦，岳平

汽车顶棚常见VOC不合格问题原因剖析与改善

付鑫，李海青，郭秋彦，岳平

（浙江吉利汽车研究院有限公司，浙江 宁波 315336）

文章归纳总结了汽车顶棚包括干法顶棚、湿法顶棚常见的VOC即挥发性有机物当中的如甲苯、二甲苯、乙醛超标或含量过高现象产生的原因，借助GC-MS（气质联用仪）和HPLC（高效液相色谱）分析原材料数据，同步从生产过程工艺进行排查不合格原因，进一步解决顶棚VOC超标或含量过高问题。以期协助车内空气质量从业人员快速锁定并解决顶棚VOC不合格问题。

汽车顶棚；VOC；原材料；生产工艺过程

1 前言

2019年中国公安部数据显示，2019年末全国民用汽车保有量26150万辆（包括三轮汽车和低速货车762万辆），相比2018年增长了8.83%。其中私人汽车保有量22635万辆，增加1905万辆。此数据足以表明，汽车早已融入人们的日常生活，而车内空气质量也同驾乘人员的健康紧密联系在一起，备受消费者关注。

国家于2011年正式发布推荐性标准《乘用车内空气质量评价指南》（GB/T27630-2011）来约束整车内如苯、甲苯、甲醛、乙醛等八项物质的限值，该标准上升为国家强制性标准指日可待。2020年4月中国环境保护产业协会标准《汽车内饰产品环境污染物控制技术要求（征求意见稿）》发出征求意见函，该标准的推出意味着国家层面对车内挥发性有机物的管控由整车进一步下沉至车内零部件的管控。而汽车顶棚作为汽车内部表面积最大的零部件之一，其VOC的散发与贡献量不容小视，本文整理了顶棚常见的VOC不合格物质案例，并针对性地进行分析，进而从原材料及生产过程工艺着手进行优化。

2 VOC整改实例

2.1 顶棚分类

顶棚根据生产工艺不同可分为干法顶棚与湿法顶棚。干法顶棚生产过程：PU基材：底层无纺布→撒玻纤→撒胶粉→放PU板→撒玻纤→撒胶粉→加热复合；面料层+PU基材经冷模压成型。湿法顶棚生产过程：PU基材：PU板滚胶（PUR胶粘剂）→喷水→反应后的PU板上下分别叠加无纺布、玻纤毡→热模加热定型；面料层滚胶或PU基材喷胶经热模模压成型。

从两种工艺用材中不难看出湿法顶棚生产使用较多的胶水，尤其是面料粘接使用的胶水受成本、设备、环境等的影响因素，当前多数使用溶剂型胶水，因此此类湿法顶棚的挥发性有机物含量较干法含量较多，环保性差。针对挥发性有机物含量的降低方案推荐是使用环保型水性胶。

2.2 VOC不合格实例

2.2.1 甲苯含量超标

2000L袋子法60摄氏度2小时测试结果如下：

表1 测试结果-1

注：ND表示未检出，低于报告检出限；单位ug

此顶棚为干法顶棚，单独对顶棚面料、基材做2000L袋子法测试结果如下：

表2 测试结果-2

以上数据可以看出甲苯超标的原因并非顶棚主材所带来，故将问题来源锁定于顶棚总成辅料—胶粘剂，该顶棚总成中使用胶粘剂部位有垫块粘接、线束粘接、顶灯等塑料件粘接，此类胶水均为热熔胶，可排除是此类胶水带来的问题。另一类该顶棚使用的胶水为溶剂型胶粘剂—氯丁胶，使用部位有天窗框粘接胶、包边胶，且涂抹方式为人工涂抹，涂抹量不确定。通过查找氯丁胶相关文献及MSDS了解到，该非环保型氯丁胶中使用的溶剂为甲苯、丙酮、丁酮，正己烷，溶剂含量占比约为70%，因此证明顶棚甲苯含量超标的原因是该氯丁胶引起的。

整改方式一：更换环保型氯丁胶，溶剂型氯丁胶胶粘剂的主要危害来自于溶剂，则环保化的关键点也在于溶剂[1]，在选取环保型胶粘剂过程中可通过其MSDS来进行初步判断，后进行实际使用测试选定。同时需要规范人工途径路径以及涂胶量，来保证产品一致性。

整改方式二：将包边胶、天窗框粘接胶改为环保型PUR热熔胶。该类胶水可有效减少挥发性有机物含量，且可实现机械自动化，缺点为设备投入较大，工装及热熔胶胶机，机械手等全套设备金额约在100万左右。

2.2.2 二甲苯含量超标

2000L袋子法60摄氏度2小时测试结果如下：

表3 测试结果-3

结合甲苯不合格对面料与基材的数据分析，可得二甲苯超标并非来自于面料与PU基材。通过对该顶棚供应商生产现场的走访，跟踪整个顶棚生产过程发现，该顶棚天窗框粘接蘑菇搭扣时使用一种气味非常刺激的底涂漆，且操作人员将该底涂漆涂满整个天窗框，粘贴蘑菇搭扣后顶棚置于成品架上，无特殊通风处理。查找该供应商使用的底涂漆MSDS发现其中二甲苯含量占比20-35%，基本锁定该顶棚二甲苯超标来源。

表4 某底涂漆成分表

底涂漆的作用：使用底涂漆进行金属框表面清洁，确保粘接力更强，保证蘑菇搭扣粘接牢固。

整改方式一：选用水性底涂漆，优点：挥发性有机物含量少，有效减少挥发性有机物污染，缺点：溶剂（水）挥发慢，效率低，蘑菇搭扣粘贴效果差。

整改方式二：选用气味VOC表现均较好的热熔胶代替溶剂型底涂漆。

整改方式三：严格控制加强框的清洁度（天窗框保持清洁状态，使用包覆膜进行防尘保护），取消底涂,使用天窗预埋工艺。首先需要满足天窗框来料干净无尘—塑料薄膜包覆，在面料与基材复合时将天窗框放置于模具中，同步模压，干法湿法均可使用。

图1 湿法顶棚预埋过程

2.2.3 乙醛含量超标

2000L袋子法60摄氏度2小时测试结果如下：

表5 测试结果-4

此款不合格顶棚为湿法工艺顶棚，对该顶棚用材进行逐一分析，针织面料挥发性有机物含量较低，可排除；PU基材滚胶量是否存在偏差，经排查机械滚胶量在规定范围内，可排除；成型骨架喷胶（溶剂型胶水），目前成型骨架喷的溶剂胶为人工手工喷涂，存在较大不确定性且人工喷胶量无法量化仅靠目测胶量，是导致本次试验失效的主要原因之一；另一乙醛超标的原因来自于PU基材本身，通过查找相关文献知，在多元醇生产或存储过程中，由于原料、生产工艺、仓储条件等原因，不可避免的含有一定的醛类物质，且乙醛含量多于甲醛含量，这些醛类物质则是PU基材中主要醛类贡献源[2]。PU发泡在发泡反应过程中也会产生乙醛。

整改方式一：解决溶剂胶喷胶量不均问题--采用全自动喷涂机器人进行喷胶，可以固化喷涂胶量、喷涂面积。

整改方式二：将溶剂胶水改为水性胶，成品建立烘房，加快水性胶水分挥发。

整改方式三：采用面料滚胶工艺来实现胶量固定且分布均匀，面料滚胶的另一个优势在于胶水可使用无溶剂的聚氨酯胶水，而喷胶工艺中的胶水需要添加分散剂与增稠剂来提高雾化性。

以上办法可从根本上解决因喷胶不均、溶剂胶水本身带来的挥发性有机物超标问题。

PU基材醛类物质含量优化：PU发泡原材料来料检验进行严格监控，甲醛、乙醛含量异常需拒收。聚氨酯成品泡沫块属于光热敏感材料，过热或阳光直射会发生降解氧化生产醛类物质，故其熟化应保证干燥、通风、避免阳光直射，并尽可能的延长熟化放置时间，一般要求熟化至少72小时以上，切片后PU基材同样要求通风避光仓储。

2.2.4 外界污染物引入

顶棚针织面料与PU基材均属于疏松多孔结构，极易吸附外界挥发性有机物并残留。

某次抽检干法顶棚乙醛超标，再次复检合格，说明该问题属于一致性符合问题。检测及排查过程检测结果如下表：

表6 测试结果-5

通过以上实验证明干法顶棚生产过程中使用到的各种材料均能满足VOC要求，抽检不合格顶棚非主要用材带来的。通过对干法顶棚生产过程进行排查，找出的变异点如下：

（1）顶棚包边使用的螺旋PUR胶在使用后需要对胶机的喷嘴进行清理，而清理方式是将喷嘴放入二氯甲烷溶剂中浸泡，来保证枪头的通畅。

对二氯甲烷溶液进行VOC检测，检测结果表现为二氯甲烷的VOC值中醛类含量较高；是造成乙醛不合格的主要原因。

表7 VOC检测结果

（2）顶棚在生产过程中偶尔会产生表面脏污，使用面料清洗剂清洗顶棚，而该清洗剂由羧酸的钠盐R-CO2Na，合成色素、合成香料、防腐剂、抗氧化剂、发泡剂、硬化剂、粘稠剂、合成界面活性剂组成，使用后易造成有机物残留，从而影响了产品的VOC性能。

整改方式一：更改喷嘴的清理方法，取消二氯甲烷溶剂的浸泡方式，将清理喷嘴的方式改用热风枪烘烤。保证喷嘴的正常使用。

整改方式二：若顶棚面料部位出现脏污的问题，不使用面料清洗剂等溶剂型清洗产品，进行产品表面的清理工作，改为采用30%含量的酒精进行产品脏污的返工工作。保证产品的VOC指标。

3 总结

挥发性有机物虽看不见，甚至不易被人嗅辨察觉，但是却可以通过GC-MS、HPLC准确检测出不合格或含量过高的风险物质，借助仪器对用材进行VOC分析、生产现场跟踪走访来发现问题的产生原因。

通过对常见的顶棚不合格挥发性有机物的总结不难看出，顶棚的挥发性有机物影响因素诸多，常见于其PU基材本身、辅料中使用的胶水、底涂漆以及不易被重视的外界污染引入等等。因此为保障顶棚的绿色环保生产，需要考虑整个顶棚生产过程中的用材及工艺，选择绿色低散发原材料及工艺，减少不必要的外界污染引入，从而从根本上保证顶棚总成的低散发性，量产产品的批量品质一致性。

[1] 李子东,李广宇,何红波,于敏.溶剂型胶粘剂的环保化[J].粘接,2002, 23(6):36-39.

[2] 董志方,朱维珍.聚氨酯泡沫塑料中醛类物质检测[J].聚氨酯工业, 2017,32(5):73-74.

Analysis and Improvement of Common VOC Disqualification Problems in Automobile Ceiling

Fu Xin, Li Haiqing, Guo Qiuyan, Yue Ping

（Zhejiang Geely Auto Research Institute Co. Ltd., Zhejiang Ningbo 315336 )

This paper sum up the automobile ceiling including dry and wet ceiling. The VOC that is the volatile organic compounds, such as toluene, xylene, acetaldehyde over weight or over the limiting value. With the aid of GC-MS and HPLC analysis of material data, synchronization from the production process for screening unqualified reason, further solve the problem of ceiling VOC content overweight or too high. In order to help the in-car air quality professionals to solve the unqualified problem of roof VOC.

Automobile ceiling;VOC;Material;productive process

A

1671-7988(2020)24-147-03

U466

A

1671-7988(2020)24-147-03

付鑫（1989.11-），女，就职于浙江吉利汽车研究院有限公司。主要负责车内空气VOC与气味正向开发与量产车型车内空气质量改善工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.048

CLC NO.: U466