车内高温下甲醛及气味散发研究

许明春 李永 胡隽隽 姚其海

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心）

车内异味一直是中国市场抱怨的主要问题，从顾客抱怨的场景分析可得知大约有一半以上的车内异味抱怨发生在高温、曝晒、长时间的高温密闭的条件下。由此系统地研究高温下车内的甲醛及气味性问题能够解决大多数车内异味客户抱怨问题。同时，从行业内发展趋势来看，汽车行业普遍开始重视高温下的有机挥发物和气味问题。伴随消费者日益关注高温下车内健康危害风险，文献[1]将高温甲醛散发和气味列为重要评价内容之一。基于此，只有通过对高温条件下甲醛和气味性散发特性和影响因素的研究，才能为车内高温甲醛和气味提供控制方向。

1 背景分析

根据J.D.Power 2018—2020年研究报告（新车质量研究IQS）显示，中国车主对汽车内部难闻气味的抱怨已经连续2年登顶抱怨次数排行榜的榜首。J.D.Power对消费者车内气味抱怨原因进行整理归纳，其中“暴晒之后”和“长时间停放”的占比较高。

曝晒之后（车内温度高）的车内气味抱怨占据了最主要的发生时间，这也印证了高温条件下甲醛散发和气味问题是顾客主要抱怨来源，因此非常有必要开展高温下甲醛散发和气味问题特性研究和管控措施制定。

根据海南试验场某款车型暴晒后各部位的温度采集，当日环境温度最高38.3℃，车内空气68.1℃，仪表板、座椅、顶棚等零部件均处于高温环境，最高达87℃，如图1所示。高温下气味散发加速，异味更易产生，所以必须系统的分析研究高温下的甲醛和气味散发来源，才能彻底解决车内异味问题。

图1 海南试验场某款车型暴晒后各部位温度分布图

2 车内散发物质特性分析

2.1 温度对甲醛释放的影响

甲醛沸点-19.5℃，易挥发，对人眼、鼻有刺激性作用，车内空调系统、仪表板系统中齿轮、连杆等POM（聚甲醛）材料，座椅、地毯、顶棚等发泡件是其主要来源。

1）对不同温度下车内甲醛释放的检测结果分析，高温下甲醛质量浓度可达常温下的10倍以上。高温下甲醛散发与温度并非呈线性，如图2所示。

图2 温度对甲醛释放的影响图

有研究表明，VOC单体的扩散系数与温度的1.75次方成正比，温度是影响VOC散发的最主要因素[2]。内饰件中甲醛释放因素除了高温下共聚单体热解化学键裂解之外，还有温度升高带来的残留单体、助剂等加速挥发导致。甲醛散发量随温度的升高释放量逐渐增加。在初始阶段甲醛的释放速率非常快，在8 h内即可释放总量的80%以上，该阶段对外界温度变化最敏感，是甲醛扩散的最主要阶段，随着时间的延长扩散速率逐渐减慢并逐步趋于平缓，在一定的空间内达到动态平衡。

2）对65℃加热2 h（高温条件）及25℃常温下放置16 h的车内零部件进行VOC检测，数据对比并做统计分析，甲醛是受温度影响较大的物质，高温条件下应重点关注和管控。

图3示出不同温度下（65℃对比25℃），车内有机挥发物散发量的结果。

图3 不同温度下车内有机挥发物散发量对比图

从图3可以得到以下结论：

1）温度升高，分子活化能增大，VOC散发量增加；

2）温度对不同VOC物质散发的影响大小依次为：TVOC>甲醛>苯乙烯>甲苯>乙苯>乙醛>二甲苯；

3）高温下的甲醛是重点关注和管控物质。

2.2 温度对车内气味影响

高温下，除“五苯三醛”，车内新增检出多种有机化合物，包括直链烷烃、支链烷烃、苯的同系物、环烷烃、酯类及醛类等，部分物质存在刺激性气味，影响高温条件整车气味性，如表1所示。

对车内重点22种零部件在高温下和常温下的气味性进行对比，结果如图4所示。

图4 重点零部件高温下和常温下的的气味性测试结果

65℃条件下各零部件的气味等级明显低于25℃，且相差在0.5～1.5级之间。顶棚隔音垫、备胎盖板、阻尼垫、门板及风道等内饰件的气味等级相差较高；密封条、立柱、前围隔音垫及空调等内饰件的气味等级相差较低。同时在相同检测条件下，内饰件TVOC浓度与气味等级有一定的正相关关系：TVOC浓度越高，气味等级越小，即内饰件的气味性越差。

3 高温下甲醛、气味性来源分析及管控方向

地毯、毡制品：车内使用的地毯、内饰毛毡和顶棚毡的VOC挥发量较高，气味性强。这主要是与其制造过程中使用的粘结材料酚醛树脂直接相关，酚醛树脂胶黏剂采用的合成原料为甲醛，若反应不完全，胶黏剂中会含有游离甲醛[3-4]。控制措施：选用环保型的胶黏剂，选用不含或者少含酚醛树脂的地毯毛毡是重要的途径。

皮革制品：甲醛可产生于皮革制造的各个阶段，主要产生于鞣制和复鞣过程中。控制措施：增加前道工序中的水洗次数和用水量，延长水洗时间；选用低VOC的复鞣剂，同时复鞣剂配方中使用无甲醛的化料；增加烘道长度，延长皮革挂凉时间；涂布材料中增加醛类捕捉剂[5]，减少醛类物质及祛除醛类物质带来的气味；生产车间保证通风性，利于加工过程中气味排除；在操作工艺后期，避免引入2次污染源。

织物、衬背：为了使汽车内纺织品能够达到防皱、防缩、阻燃的效果，或者是保持印花、染色的耐久性以及改善手感，都需要在纺织品生产助剂中加入甲醛。控制措施：筛选出适当的化工材料和原料配方。了解供应商提供的化工材料性能，在采购原料时要求供货方出具产品中甲醛含量合格的证明；生产过程中使用在实践中证明有效的甲醛消除剂；在加工过程中，应使用绿色环保的甲醛替代产品。

胶黏剂：汽车内饰会使用多种溶剂型胶黏剂，会释放出各种有毒有害的挥发性有机物和气味性分子物质。控制措施：开发使用水性胶黏剂，不含有机溶剂；采用热熔型胶黏剂，不含有机溶剂；在使用胶黏剂后采取后处理措施，如烘烤通风，尽量使挥发性物质散发完全；寻找其它绿色环保溶剂替代有机溶剂，减少胶黏剂的挥发。

聚氨酯发泡材料：座垫、头枕、隔音垫、仪表板、遮阳板、门板及顶棚等内饰件中都有应用。控制措施：采用水性聚氨酯，减少聚氨酯固化过程中有机物挥发；改变合成工艺，增加后处理环节，减少有机物散发；改用绿色环保的脱模剂、清洗剂、催化剂等避免有机溶剂的残留和散发。

4 结论

从研究的高温下甲醛和气味性的散发特性来看，高温阶段甲醛受温度影响最为明显，可以达到常温阶段的10倍以上散发浓度，气味在高温下会有0.5～1.5级的变差趋势；可以从车型VOC全谱分析结果，取合集确定车内空气质量所有可能出现的散发物质。根据各项物质的化学特性，识别异味产生的物质。通过沸点确认加速挥发的温度条件，锁定高温下气味改进的目标化合物，与零部件级挥发物质进行匹配，通过材料源头、工艺改进、后处理加速散发降低高温下甲醛及气味。