座椅总成 VOC 挥发性能的改进

  新闻资讯     |      2020-04-14 01:40:53

摘 要为解决汽车座椅总成挥发性有机化合物(VOC)苯乙烯和甲醛的挥发量超标问题,从 座椅的组成材料分析了污染物的来源, 采用高效液相色谱仪与气相色谱– 质谱联用仪对座椅总成 VOC 挥发量进行检测与分析。结果表明,座椅中的发泡材料造成了苯乙烯、甲醛超标,进一步分析可知发泡中的接枝聚醚与普通聚醚对座椅苯乙烯和甲醛的贡献最大。通过更改合成接枝聚醚的乙烯基单体与合成普通聚醚中的抗氧化剂使座椅总成满足 VOC 挥发性能要求, 且座椅的成型工艺不受影响。
关键词:座椅;VOC;乙烯基单体;抗氧化剂


随着我国汽车保有量的不断增长, 汽车与人们日常生活的关系更加密切,车内空气质量也越来越受到消费者的关注和重视。2007年12月国家环境保护总局发布了HJ/T400— 2007《车 内挥 发 性 有 机 物 和 醛 酮 类 物 质 采 样 测 定 方 法》,2011年10月环境保护部和国家质量监督检验检疫总局又发布了GB/T 27630—2011《乘 用 车 内空气质量评价指南》并于2012年3月开始实施。
它的实施促使汽车生产企业更加关注汽车内饰件的选材和制造工艺,更加重视车内空气质量问题,同时也成为消费者维护自身权益的依据。
 
汽车座椅是汽车内饰部件最重要的组成部分,是与驾乘者联系最为密切的部件, 近年来越来越多地受到人们的重视。
 
 
1 . 座椅 VOC 含量的检测



1.1   检测方法以某车型座椅总成为例,采用袋子法,在60℃、2h的试验条件下用1000 L袋子采集左前座 椅挥发性有机化合物, 通过 HPLC(高效液相色谱 仪)及 GC – MS(气 相 色 谱 – 质 谱 联 用 仪)对 其 中 的 苯、 甲苯、 甲醛和乙醛等8种物质进行分析, 最终计算出座椅总成 VOC(挥发性有机化合物)含量。


1.2   检测结果VOC 测试结果如图1所示。
 
 
 
从图1可看出,左前座椅总成测试出的结果与该产品性能要求相比较,除苯乙烯和甲醛挥发量超标以外,其他 6 种物质均满足性能要求。
 
2 . 座椅 VOC 来源分析
 
以汽车驾驶员座椅为例,其主要由坐垫、靠背骨架、头枕、泡沫、面套、塑料装饰板等组成,如图 2 所示。座椅总成中各部分对VOC 的影响有所不同,具体分析如下。

2.1 座椅面套面套是包裹在座椅总成表面的材料,它直接与驾乘人员的身体接触,对座椅泡沫有保护作用,以某车型座椅为例,座椅护面采用 PVC(聚氯乙烯)革,对左前坐垫与靠背面套进行 VOC 挥发性能测试,采样袋大小为1000L,测试结果为:甲醛,23.1μg;乙醛,8.8μg;丙烯醛,未测出;苯,2.1μg;甲苯,26.3μg;乙苯,12.7μg;二甲苯,25.2μg;苯乙烯,10.1μg。


2.2 头枕头枕是为提高乘坐人员舒适性和安全性而设置的一种辅助装置,头枕的主要作用是汽车受到冲撞时具有防止反弹的作用,以保护驾乘人员的头、颈椎部位不受损伤。对左前座椅头枕进行VOC 挥发性能测试,采样袋大小为1000L,测试结果为:甲醛,19.6μg;乙醛,8.9μg;丙烯醛,2.5μg;苯,1.9μg;甲苯,20.6 μg;乙苯,10.5 μg;二甲苯,9.7 μg;苯乙烯,12.6 μg。


2.3 座椅发泡座椅发泡应能使驾乘人员对座椅产生直接触觉反馈,直接感知座椅的乘坐舒适性,主要是由异氰酸酯以相应的配比与适量的聚醚组合物预混合,然后利用高压浇注机使混合物向模具中注入,在合模状态下使混合物发生反应成型。对左前座椅发泡进行 VOC 挥发性能测试,采样袋大小为1000L,测试结果为:甲醛,147.2 μg;乙醛,42.6μg;丙烯醛,3.6μg;苯,8.6μg;甲苯,48.6μg;乙苯,35.6μg;二甲苯,78.5μg;苯乙烯,104μg。
 
 

2.4 塑料装饰板塑料装饰板为PP(聚丙烯)材料,在座椅总成中用来遮挡外露的金属件,对左前座椅塑料装饰板进行VOC 挥发性能测试,采样袋大小为1000L,测试结果为:甲醛,3.4 μg;乙醛,3.0 μg;丙烯醛,未测出;苯,1.9 μg;甲苯,10.9 μg;乙苯,7.6 μg;二甲苯,12.3 μg;苯乙烯,3.9 μg。


2.5 试验结论综上所述,造成左前座椅总成苯乙烯、甲醛挥发量超标的材料为座椅发泡,故此次对座椅总成 VOC 挥发性能改进的主要方向为座椅发泡VOC 挥发性能的优化。

 
3 . 座椅 VOC 挥发性能的分析及改进
 

座椅发泡生产工艺为反应注塑模制,其为反应和成型同时进行一步完成的聚合物加工工艺。通过将异氰酸酯和组合聚醚进行混合,并注入座椅模具中,在一定温度条件下异氰酸根(—NCO)与组合聚醚中的羟基(—OH)在催化剂的作用下发生化学反应,生成聚氨酯。组合聚醚由接枝聚醚、普通聚醚、凝胶催化剂、发泡催化剂、扩链(交联)剂、表面活性剂等组成。其中凝胶催化剂可促进多元醇和异氰酸酯反应,发泡催化剂能够促进水和异氰酸酯反应,扩链剂是指能使分子链延伸、扩展或形成空间网状交联的低相对分子质量醇类、胺类化合物,表面活性剂是指能控制开孔闭孔程度与控制泡孔尺寸的物质。

3.1 座椅发泡苯乙烯挥发性能的分析及改进在泡沫发泡过程中,为提高泡沫开孔性及泡沫的硬度和压陷负荷性能,需要引入接枝聚醚多元醇。接枝聚醚多元醇是用高活性聚醚多元醇或者分子链中含有不饱和键的聚醚多元醇为母体,与乙烯基单体进行1次或2次聚合得到。目前座椅使用的乙烯基单体为苯乙烯,是造成座椅发泡苯乙烯残留的来源。 

接枝多元醇中乙烯基单体的选择可根据烯类聚合物和聚醚多元醇的相容性及生成接枝聚合物的数量而定,针对接枝聚醚导致座椅苯乙烯超标的现象将改进方案,定为乙烯基单体由苯乙烯变更为苯乙烯– 丙烯腈混合单体。采用不同乙烯基单体体系所制的泡沫放入1000L采样袋中进行试验,结果为:1#样品,苯乙烯105.7μg;2#样品,苯乙烯20.3μg。1#是以苯乙烯制成的泡沫,2 # 是以苯乙烯–丙烯腈制成的泡沫。结果表明,2#样品的苯乙烯挥发量下降至 1 # 样品的 1/5左右。

3.2 座椅发泡甲醛挥发性能的分析及改进普通聚醚是主链含有醚键、端基或侧基含有大于2个羟基的低聚物,是以含有活性氢的化合物为起始剂、环氧丙烷为聚合单体合成的聚合物,其化学性质主要取决于醚键和羟基。醚键对氧的作用十分敏感,尤其在高温时,其被氧化会生成酸、醛、酮等物质。

普通聚醚中醛的产生主要是聚醚生产过程中副反应及氧化产生的结果,因此在聚醚生产中添加抗氧剂十分重要。抗氧剂的主要作用是防止聚醚多元醇在生产、运输和储存过程中被氧化,因此抗氧剂的加入在一定程度上可减少醛的产生。为研究不同抗氧剂的加入对用普通聚醚多元醇所制泡沫甲醛值的影响,分别对2个抗氧剂配方体系进行实验,不同抗氧剂制成的泡沫放入1000L采样袋进行试验,测试结果:1#样品,甲醛120.6μg;2 # 样 品, 甲醛28.5μg;1#和 2#样 品分别是改进前和改进后的抗氧剂体系。结果表明,2#样品的甲醛挥发量下降至1#样品的1/4左右。
 
4 . 改进措施验证
 
用1000L袋子测试改进后的左前座椅的VOC,并与产品要求对比,结果见图3。由图可看出,变更乙烯基单体与抗氧剂后,座椅VOC有很大改善,8种物质挥发量均符合产品技术要求。
 
5 . 结论
 
 
 
聚氨酯泡沫在具体产品研发过程中,除注意原料的合理配比外,还应从聚醚多元醇以及其他助剂等使用方面对挥发性物质的挥发量进行控制,这样才可确保汽车座椅 VOC 挥发性能达标。


来源:长城汽车股份有限公司  侵删
 

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