汽车内饰件材质类型对VOCs释放量的影响研究

梁 波，弥海鹏，于 翔，刘 迪，黄晴晴

(中国计量质量检测研究院，重庆 401123)

1 引言

近几年来，随着生活水平的提高，我国乘用汽车保有量一度呈指数型增长。乘用汽车在给人们的出行带来各种便利的同时，车内空气污染问题也一直备受人们关注。车子是一个狭小的相对密闭的空间，而车内空气组成复杂，成分众多，大多数组分或多或少都会对驾乘人员产生健康危害[1-5]。

车内空气污染的主要来源包括汽车内饰件材料的挥发、汽车燃油散发等，但对于新车，汽车内饰件是车内空气污染的主要来源。汽车内饰件组成材料复杂，种类繁多，包括塑料、橡胶、合成纤维、纺织品、皮革，还有用于粘合的胶黏剂，用于喷涂的油漆等材料。这些材料在使用中会挥发出一定量的甲醛、乙醛、甲苯、二甲苯等有害气体，严重危害驾乘人员的人身健康安全[6-8]。

汽车内饰件主要包括仪表板总成、顶棚、地毯、座椅和门护板总成等零部件，材料主要由金属、塑料、木材、针织品、毛毡及皮革等组成[9]，其中，内饰件材料的选择不仅会影响内饰件生产成本的高低，还会对车内空气质量产生巨大的影响[10]。

尽管已经有不少关于汽车内饰件和挥发性有机化合物方面的研究。如李俊贤等人研究了加工工艺和仓储条件对汽车内饰件的VOC含量的影响[9]；尤可为等研究了汽车非金属内饰件中VOC的来源[8]；张晖等分析了汽车及零部件行业VOCs污染现状及减排对策等，还有更多的研究集中在车内VOCs与人体健康方面[11]。但缺乏汽车内饰件材料种类和其挥发性有机化合物的相关性研究。本文针对市场上部分品牌的乘用车所使用的汽车内饰件总成进行VOCs的浓度研究，通过收集各内饰件的材料组成，来探寻材料种类和VOCs浓度两者之间的关系，为选择合适的汽车内饰件材料种类，降低车内空气中VOCs浓度提供有效的决策依据。

2 数据与方法

本次实验选择五种汽车内饰件总成作为研究对象，分别为顶棚、地毯、主仪表板、座椅及门板。共分别采集19辆在售车型所使用的五种内饰件总成，共计95件样品。在进行样品采集的同时，分别统计每个样品所使用的材质类型。

所有待测样品在环境条件为23±2℃，50±10%RH环境中平衡24h。样品采用袋子法进行测试，测试条件为：袋子规格2000L；测试温度60±1℃，恒温时间2h。用Tenax吸附管采集苯系物组分，用DNPH吸附管采集醛酮类组分。

所采集的Tenax吸附管采用热脱附气相色谱质谱联用仪(TD-GC/MS，Perkinelmer SQ8T，USA)进行分析，定量计算苯系物(包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯及苯乙烯)的浓度。DNPH吸附管用色谱纯乙腈进行洗脱并定容至5.0mL，洗脱组分采用高效液相色谱(HPLC，Waters E2695,USA)进行分析，定量计算醛酮类组分(包括甲醛、乙醛和丙烯醛)的含量。

3 结果与讨论

3.1 VOCs浓度分析

从表1中可以看出，除丙烯醛全部未检出外，其余七种化合物在不同的内饰件总成中均有不同程度的检出。其中，苯浓度在所有五种内饰件中的中位值范围为4～8μg/ m3；甲苯浓度在所有五种内饰件中的中位值范围为27～229μg/m3；乙苯浓度在所有五种内饰件中的中位值范围为5～54μg/m3；二甲苯浓度在所有五种内饰件中的中位值范围为15～93μg/ m3；苯乙烯浓度在所有五种内饰件中的中位值范围为3～15μg/ m3；甲醛浓度在所有五种内饰件中的中位值范围为41～377μg/ m3；乙醛浓度在所有五种内饰件中的中位值范围为33～68μg/m3。由此可见，这八类目标化合物在五种内饰件总成的挥发性组分中，以甲苯、二甲苯、甲醛及乙醛四种组分为主要成分。

表1 各内饰件VOC浓度范围Tab.e 1 The VOC concentration range of different vehicle parts

备注：a 表示数据浓度范围；b 表示中位值；c 表示未检出，即含量低于2μg/m3。

图1 各部件单体VOC浓度分布Fig.1 The distribution of VOC concentration in vehicle parts

从图1中不难看出，即使是同种目标化合物在不同的内饰件总成的挥发性组分中差异也是十分巨大。通过统计不同化合物浓度在同一种内饰件挥发性组分中的变异系数发现，除了座椅中的苯和甲醛以外，其余目标化合物在同种内饰件中的浓度变异系数均超过70%。本研究中的八种目标化合物在顶棚、主仪表板、地毯、座椅和门板中的平均变异系数分别为125%，221%，180%，117%及185%，如此大的变异系数暗示出一个可能的原因是不同的内饰件所采用的材质不同所造成。

假定CBTEXS(μg/m3)=C苯+C甲苯+C乙苯+C二甲苯+C苯乙烯，CAldehydes(μg/ m3)=C甲醛+C乙醛+C丙烯醛，则CBTEXS在顶棚测试中的浓度为326 ± 495 μg/m3，在主仪表板中的测试浓度为282 ± 887 μg/m3，在地毯测试中的浓度为369 ± 983 μg/m3，在座椅测试中的浓度为362 ± 464 μg/m3，在门板测试中的浓度为516 ± 727 μg/m3。而CAldehydes在顶棚测试中的浓度为266 ± 214 μg/m3，在主仪表板中的测试浓度为140 ± 238 μg/m3，在地毯测试中的浓度为155 ± 134 μg/m3，在座椅测试中的浓度为769 ± 657 μg/m3，在门板测试中的浓度为1704 ± 5608 μg/m3。具体统计数据见表2所示。

表2 各内饰件苯系物及醛酮物总浓度范围Tab.e2 The concentration ranges of CBTEXS and CAldehydes in vehicle parts

从CBTEXS和CAldehydes的分布来看，在地毯和门板的挥发性有机组分中，CBTEXS总体大于CAldehydes，可见在本次测试的样品中，苯系物在地毯和门板的挥发性组分中较醛酮类物质更加丰富；而在座椅和顶棚的挥发性有机组分中，CBTEXS总体小于CAldehydes，可见醛酮类物质在座椅和门板的挥发性组分中较苯系物更加丰富；而在主仪表板的挥发性组分中，CBTEXS和CAldehydes的数值两者大致相当。不同种类物质的浓度在不同内饰件总成中的差异化表明不同的内饰件总成可能对车内空气质量的贡献比例并不相同。

3.2 VOCs组成分析

图2 各部件单体VOC组成

Fig.2 The comprise of VOC concentration in vehicle parts

分别统计五种不同内饰件总成挥发性组分中各目标化合物的组成，其结果见图2。从图中可以看出，在顶棚的挥发性组分中，乙醛含量最高，约占30%，其次是甲醛和甲苯，分别占总体含量的27%及26%；在主仪表板的挥发性组分中，甲醛含量最高，约占总体的28%，其次是乙醛和甲苯，分别占到总体含量的24%及23%；在地毯的挥发性组分中，甲醛约占总体含量的31%，其次是二甲苯、乙醛以及甲苯，分别占到总体含量的20%、20%及17%；而在座椅的挥发性组分中，乙醛含量最高，约占总体含量的41%，其次是甲醛和甲苯，分别约占总体的30%及14%；门板的情况跟地毯相似，甲醛含量最高，约占总体的35%，其次是二甲苯及乙醛，约占总体的22%及21%，甲苯约占总体的15%。

3.3 材质对VOCs释放的影响分析

3.3.1 顶棚

目前顶棚的骨架主要由PU复合板组成，大多数车辆会在复合板的表面加一层PET无纺布。现根据顶棚有无无纺布将顶棚分为两类，一类为硬质顶棚(主要构成为PU复合板)，另一类为软质顶棚(主要构成为PU复合板+PET无纺布)，其VOCs各组分浓度如上图所示。从顶棚的主要几类VOC物质以及TVOC(八种检测目标物的总和)的浓度来看，添加无纺布的顶棚VOCs浓度更高。

3.3.2 主仪表板

图4 材质类型对主仪表板VOCs浓度的影响Fig.4 Effect of material type onVOCs concentration of dashboard

将主仪表板根据材质种类分为两类，一类是硬质主仪表板，一类是软质复合型主仪表板。硬质主仪表板主要包括改性PP、ABS、PPO/HIPS等，软质复合型主仪表板主要包括PVC/ABS、PUR-E等。从图四中两种类型主仪表板的各类VOCs浓度分布来看，硬质主仪表板的VOCs浓度明显高于软质复合型主仪表板。

3.3.3 地毯

图5 材质类型对地毯VOCs浓度的影响Fig.5 Effect of material type onVOCs concentration of carpet

将地毯按照材质分为三类，第一类是PET，第二类是PET+PE，第三类是其他(主要包括PVC、复合EVA及PP等)，三类材质的地毯各VOCs浓度组成如图五所示。从图中的浓度分布来看，PET+PE的各组分VOCs浓度相对较高，而另外两类材质的各组分VOCs浓度大致相当。

3.3.4 座椅

图6 材质类型对门护板VOCs浓度的影响Fig.6 Effect of material type onVOCs concentration of door panels

座椅中的非金属材料一般由聚氨酯泡沫加表层覆盖物组成。根据座椅表面的覆盖层材质将座椅分为三类，第一类是皮革，第二类是针织织物，第三类是是皮革和纺织品的混合物，三类座椅的各组分VOC浓度分布如图六所示。从总体来看，针织织物覆盖的座椅的各组分VOC浓度相对于皮革及混合类座椅的VOC浓度更高。

3.3.5 门护板

由于门护板的材质组成异常复杂，通常包括PP、改性PP、ABS、PVC、PET、EPDM-TDZO，还包括一些真皮、纺织品、中密度纤维板和胶粘剂等等，因此较难进行材质分组。分析本次研究的19类乘用车的门护板各VOCs的组分我们发现，使用中密度纤维板作为门护板原材料的17号样品，其甲醛挥发浓度高达5980μg/m3，远远高于其它样品的甲醛浓度。同时乙醛的挥发浓度为216μg/m3，也远高于其它样品的乙醛挥发浓度。

4 结论

(1)在顶棚、地毯、座椅、门护板和主仪表板这五种内饰件总成的挥发性组分中，以甲苯、二甲苯、甲醛及乙醛四种组分为主要成分。

(2)不同的汽车内饰件的VOC组分组成差异明显，暗示出了不同的汽车内饰件对车内空气质量的贡献的差异性。

(3)通过对不同的汽车内饰件的材质进行分类，并统计材质对内饰件VOCs总成的影响，发现对于顶棚，添加无纺布的顶棚VOCs浓度更高；对于主仪表板，硬质主仪表板的VOCs浓度明显高于软质复合型主仪表板；对于地毯，PET+PE的各组分VOCs浓度相对其余材质类型更高；对于座椅，面料为针织织物的座椅VOCs浓度相较于皮革及混合面料的座椅更高；对于门护板，使用中密度纤维板的内饰件其醛类物质(主要是甲醛及乙醛)浓度远远高于未使用木质材料的门护板。