汽车非均质材料座椅VOC散发特性研究

洪丽 许明春 胡隽隽 姚其海

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心）

随着消费者对健康座舱要求的不断提高，以及国家法规对于乘用车车内空气质量的要求越来越严格，座舱内部空气质量的高低已经成为汽车行业重要的竞争领域。内饰零部件一直是座舱内部空气污染的重要来源[1]。包括座椅在内的很多的内饰零部件总成系统都属于非均质材料（构成组分类别众多、制造工艺和材料选型多样及工艺种类繁多）。非均质材料的挥发性有机物散发并不是各种单一材料散发的简单叠加，而是受到包覆、遮蔽和吸附的共同影响，单独材料的散发规律并不适用，受到多重因素的影响。本文以座椅系统为研究目标，从零部件总成、子级件、材料选择3个维度对座椅零部件VOC性能控制和改善提升进行分析和阐述，精准探究不同材料、工艺与总成零部件VOC性能散发之间的联系，达到从源头上进行VOC性能设计和控制的目的。

1 试验部分

1.1 试验原料

某车型座椅总成（前排主副驾）：座椅主面料、辅面料、座椅发泡及座椅护板等，所有零件及原材料均为下线14天内产品，以PE膜、铝箔纸包装完好。

1.2 主要仪器

热脱附：Markers TD-100。

气相色谱质谱（GCMS）：Agilent 7890B/5977A。

1260高效液相色谱仪。

2 结果与讨论

2.1 座椅总成的VOC性能表现

座椅系统作为典型的非均质材料系统，通常包括多种材料及工艺类型，其VOC检测结果分析对于非均质内饰零部件的散发特性研究具有代表性的意义。如表1所示，通过对多套座椅系统中的VOC测试结果对比发现，甲苯、二甲苯、甲醛和乙醛是风险高的苯系物和醛系物，在实际的产品开发中需要重点关注。

表1 不同车型前排座椅VOC性能对比

2.2 座椅系统主要材料对其总成VOC性能的贡献

座椅总成中包括了大部分的内饰工艺，包括有PU发泡、硬塑成型等，其中对VOC性能有贡献的材料主要包含有主面料、辅面料、泡沫材料及座椅护板[2]。分别利用袋子法（100 L）测试上述各类材料的有机挥发物散发值，可以发现甲苯、二甲苯、甲醛和乙醛4类主要VOC散发物。其中苯系物贡献最大的为座椅护板（PP），醛系物贡献最大的是皮革和海绵发泡，如表2所示。

表2 座椅材料VOC性能对比

针对不同材料的有机散发来源和管控手段分述如下：

2.2.1 PP类材料

6种不同PP塑料粒子样本VOC性能对比如图1所示。高压条件下及注塑加工过程中的剪切力作用会诱导高分子出现断链、降解等现象，从而产生挥发小分子。目前的PP材料大部分以共混物的形式存在，为了获得综合性能优异的复合材料，在共混物的生产过程中需要加入各种助剂或者改性剂，例如增韧剂、增塑剂、抗静电剂、光稳定剂以及阻燃剂等。在使用过程中各种小分子添加剂容易产生渗出现象，从而诱导VOC或异味气体产生。高分子合成过程中可能会存在残留的单体、溶剂以及催化剂等，这些物质在原材料后续加工或者使用过程中容易出现渗出现象，进而导致VOC含量的提高。

图1 6种不同PP塑料粒子样本VOC性能对比

针对上述PP材料VOC散发来源，其管控和提升措施主要有以下几点[3]：1）控制成型温度（≤220℃范围内尽可能低温注射）；2）配方添加除醛剂；3）选用高温稳定性基材等方式进行改善。

2.2.2 海绵发泡

5种不同海绵发泡样本VOC性能对比如图2所示。聚氨酯发泡产生醛类的机理：生产原料中的基础聚醚、接枝聚醚中本身都含在有醛类化合物；生产原料中的基础聚醚在熔融加工过程中解聚为醛类小分子，成品发泡件在热和氧的作用下易发生产生醛类的降解反应，催化剂和其他添加剂也会释放醛类物质；发泡反应过程中的副反应会产生醛类物质。

图2 5种不同海绵发泡样本VOC性能对比

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；优选抗氧化剂、稳定剂、催化剂和添加剂，避免在发泡反应过程中过多产生醛类物质；改变合成工艺，调节混合反应温度、模具温度，控制注料时间和泵流速比例，调整注射高度及注射头和模具的水平位置，优化固化温度及时间，尽可能减少在发泡过程中原材料的降解和聚氨酯受热，光和氧的作用下降解产生醛类小分子的比例。增加后处理环节，延长熟化时间，便于气味散发，增加烘烤设备，提高醛类小分子化合物散发速率；改用绿色环保溶剂等避免有机溶剂的残留和散发；生产过程中使用在实践中证明有效的甲醛清除剂；在加工过程中，应使用绿色环保替代产品；在操作工艺后期，避免引入二次污染源。

2.2.3 真皮皮革

4种不同真皮样本VOC性能对比如图3所示。皮革制造中的醛类和苯系物主要产生于鞣制和复鞣过程中。材料本身或者吸附有挥发性小分子；涂层中挥发性小分子化合物散发；各类助剂和溶剂挥发；表面处理剂及其受热后挥发；颜料、色浆挥发；高温中引发的产品降解挥发。

图3 4种不同真皮样本VOC性能对比

控制措施：严格管控原料气味性，使用低散发的助剂；使用低挥发的水性表处剂；使用更加环保的颜料、色浆；增大排风通气效率、延长成品放置时间，利于挥发性小分子化合物释放；增加烘箱烘烤工序流程，快速烘除气味以及增加VOC挥发；生产运输过程中防止污染；成品储存时防止其他材料交叉污染，加抽排风设备也有助于减少有机物挥发。

2.2.4 PVC革

5种不同PVC革样本VOC性能对比如图4所示。PVC革的有机物散发来源如下：原料本身的有机化合物散发；PVC层中加入的大量增塑剂（小分子醇类化合物和这些小分子醇类主要来自增塑剂）；高温引发的助剂降解；油性表面处理剂的散发。

图4 5种不同PVC革样本VOC性能对比

管控措施：严格管控原料VOC性能，增加醛类捕捉剂；改进配方中的增塑剂种类；使用抗氧化剂减少分解反应；严格控制温度；尽量专线生产、避免交叉污染；加大排风系统效率；延长成品放置时间；增加烘箱除味流程；生产运输过程中防止污染；储存时防止其他材料交叉污染。

3 结论

从试验结果来看，座椅零部件总成的VOC散发并不是其中各主要VOC散发贡献材料的VOC的简单加合，这主要是由于非均质包覆类零部件总成中，零部件层层包覆产生的结果是遮蔽和包覆效应对内饰零部件的散发起到一定的阻碍作用，尤其受到环境的温度、压力和包覆材料的性质（如孔径率、孔径大小等等）的影响。

本文主要分析座椅总成的挥发性有机物散发特性，并针对其中不同的材料和工艺提出各自的管控措施，在兼顾成本和生产效率的基础上，降低零部件及整车的挥发性有机物散发，提升整车车内空气质量，提升产品的客户满意度。