汽车内饰件VOC散发规律及控制

任晓康 彭宏 滕永泉 李东强 杨平 肖宇

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广州511434）

1 前言

随着消费者对于健康座舱要求不断提高，以及国家法规对于乘用车内空气质量的要求越来越严格，对于车企而言，汽车空气质量的改善也必将成为汽车行业新的竞争领域。由于汽车内饰件是车内空气污染的重要来源，控制内饰件VOC 对于汽车内饰件开发将是急迫的挑战[1-2]。汽车内饰造型分件多，制造工艺和材料选型多样，不同工艺及材料的VOC 散发规律均有差异[3]，总成零件的VOC受到多种因素的影响。以某车型的门饰板总成为例，从内饰零部件总成、子级件、材料选择3 个维度对零件VOC 控制和改善进行分析和阐述，更加精准地探究不同材料、工艺、子级件与总成零件VOC之间的关系，达到从源头上进行VOC 设计和控制的目的。

2 试验部分

2.1 试样原料

某车型门饰板总成（左前门），门饰板各子级件包括门板本体、PVC（聚氯乙烯表皮）上装、嵌饰板、扶手饰板、地图袋、INS 饰条等，以及内饰件常用的PVC、PU（聚氨酯表皮）、TPO（热塑性聚烯烃弹性体表皮）、针织面料等4 种表皮材料为试验原料，所有零件及表皮均为下线7 天内产品，全程PE薄膜+铝箔纸包装完好。

2.2 主要仪器设备

热脱附：Markes TD-100，英国Markes 公司；

气相色谱质谱（GCMS）：Agilent 7890B/5977A，安捷伦科技有限公司；

高效液相色谱仪：1260，安捷伦科技有限公司。

2.3 测试与表征

VOC 测试按照广汽的企业标准QJ/GAC 1550.002-2016《车内非金属材料及零件挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》进行测试。

3 结果与讨论

3.1 门饰板总成的VOC表现

门饰板系统作为内饰零件的典型代表，同时具备多种工艺类型和材料应用，对其进行VOC 研究具有比较重要的意义。图1 通过对多个门饰板总成的VOC 分析（醛类和苯类），发现甲苯、二甲苯、甲醛、乙醛分别是其门饰板系统主要的苯系物和醛系物，在实际的产品开发中需要重点关注。

图1 门饰板总成8种VOC物质对比

3.2 门饰板总成与其子级件的VOC关系

门饰板总成基本囊括了大部分主要的内饰工艺，包括硬塑成型、真空吸附、膜片装饰条、表皮包覆、PU 发泡、电镀、喷涂等，图2 是一典型的门饰板总成的图示。通常主机厂主要考察总成零件和整车的VOC，而没有对子级件VOC 及其与总成VOC的关系进行探究。子级件的VOC 表现影响总成VOC 的最终状态，门饰板子级件根据材料类型可分为PP（聚丙烯）类、ABS（丙烯腈/丁二烯/苯乙烯的三元共聚物）+表皮包覆类、PC（聚碳酸酯）+ABS类、POM（聚甲醛）类，所以分析门板子级件材料与总成之间的VOC 散发关系具有重要意义。

图2 门饰板总成的典型图示

以某车型门饰板为例，分别利用袋子法（1 000 L）测试总成零件和各子级件的VOC。通过表1 和图3可发现，在甲苯、二甲苯、甲醛和乙醛等4 种最主要VOC 散发物方面，根据贡献大小排序为PP 类、ABS+表皮包覆类、PP+表皮包覆类、ABS+喷涂/膜片/电镀。

表1 门总成VOC物质的主要来源

PP 类材料占整个门板总成的60%～70%，其对总成VOC 的影响最大，所以PP 类材料是门饰板总成VOC 管控的关键；其次是包覆类材料，PVC 等表皮材料（特别是表面处理层）含有较多的挥发性小分子导致VOC 含量上升；POM 材料对于甲醛挥发的影响不容忽视，POM 在不稳定的状态下，容易分解或者析出甲醛分子释放到空气中。

3.3 PP类材料VOC控制

根据上文分析可知，门饰板VOC 最主要贡献源是PP 类材料，有效控制PP 类材料的VOC 散发，可以最大程度地改善内饰产品的VOC。对于PP类材料的VOC 管控，可从PP 原材料、生产工艺和生产环境3 方面进行改进，具体措施详见表2。

3.4 ABS+包覆材料VOC控制

包覆产品一般由多层材料组成，包括基材、表皮层、发泡层以及胶粘剂等，包覆零件的层级构成见图4，每层材料均具有不同的材料选型，导致包覆材料VOC 的源头相对比较复杂。包覆材料作为仅次于PP 类材料的VOC 贡献源，有必要对每种材质的VOC 特性进行解析，以便更好的管控。

图3 门板总成与各子级件的VOC情况对比

3.4.1 ABS 类材料VOC 控制

ABS 类材料具有优异的综合性能，因此广泛应用于汽车内饰。目前主要的ABS 生产工艺包括乳液法和本体法[6]。乳液法具有工艺成熟、易于大规模生产、产品质量好、产品范围宽等特点，可生产各类专用料产品，可根据用户需求调整和设计产品的性能指标；本体法工艺投资低、产率高、能耗低、连续操作、环境污染少，但其生产品种比较窄、操作弹性小。

表2 PP类材料的VOC控制策略

图4 包覆材料的构成和分类

2 种工艺的主要性能差异见表3。由此可见，在一些作为骨架材料或者免喷涂的零件上，可以倾向于选择本体法ABS，更有利于VOC 的管控。

表3 2种ABS工艺的主要性能差异

3.4.2 表皮材料VOC 控制

表皮工艺在内饰领域应用非常丰富，有效提升内饰质感。内饰常见的表皮包括PVC、PU、TPO等，不同表皮的VOC 散发性存在差异，在前期设计和表皮定义时可以针对性的加以考虑。通常而言，表皮VOC 管控一般从原材料、表面处理剂及生产工艺等3 个方面进行入手。

a.原材料方面，常见的表皮原材料包括PVC、PU、TPO、针织面料等，从图5 分析发现，相比于PVC 和PU，TPO 和针织面料的TVOC 含量明显较低，属于相对环保的原材料，目前TPO 表皮在内饰中的应用也越来越多。另外，从原材料本身而言，其中的溶剂等小分子助剂等是表皮材料VOC 散发的主要来源之一，目前一般禁止使用苯类溶剂，以其它相对环保的溶剂（酮类、酯类）代替。

图5 不同表皮（不含发泡层）的TVOC散发情况

表皮材料一般还需要覆合发泡层，常见的发泡层包括PU 发泡和PP 发泡。以TPO 表皮总成为例，从图6 和图7 可以发现，PP 发泡对于总成VOC的贡献较小，TPO 表皮是其VOC 的主要散发源。另外，PP 发泡的VOC 相比于PU 发泡更小，一方面是由于材料本身特性决定，PP 的VOC 散发小于PU；另一方面是由于品质管控，PP 发泡技术壁垒较高，基本被几家外资企业垄断，质量控制较规范；而PU 发泡技术已经相当成熟，生产厂家多，标准不尽统一，不利于VOC 管控。

图6 各表皮层对TPO表皮总成的VOC贡献量

b.一般为了调节表皮光泽度、耐磨性等，表皮表面需要涂布处理剂。表面处理剂一般含有多种溶剂，导致VOC 极易超标。从图8 和图9 可以发现，通过对2 种不同的处理剂的VOC 进行横向对比发现，以水性处理剂代替油性处理剂，表皮的甲苯、乙苯、二甲苯等苯系物含量可相对降低；另外，水性处理剂代替油性处理剂可明显降低TVOC（所有可检出的有机物，沸点在50～250 ℃）含量，TVOC 含量与零件气味等级有着较强的关系，所以应用水性处理剂对于气味性也有明显改善。

图7 PP发泡和PU发泡的VOC对比

图8 表面处理剂对PVC表皮VOC的影响

图9 处理剂类型对TVOC含量影响

c.常规的表皮生产工艺包括涂布法和压延法，图10 是2 种工艺生产的PVC 表皮的VOC 对比，涂布法的VOC 散发值相对较小，推测可能是因为涂布法一般经过多层涂布，多次烘烤工序，最大限度的使VOC 提前挥发。另外，保持较高的加工温度可以有效降低VOC 含量，例如当PVC 和PU 的加工温度超过150 ℃时，能够最大限度的使VOC 提前挥发（五苯三醛的最高沸点146 ℃），减少材料在使用阶段的VOC 含量。

3.4.3 胶粘剂VOC 控制

据统计，目前1台整车的胶粘剂用量大约20 kg，包括内饰用胶粘剂、密封胶、结构胶等。胶粘剂的VOC散发是影响汽车乘员舱空气质量的主要原因之一，主要针对内饰用覆合胶粘剂进行分析，适用于汽车内饰零件的胶粘剂主要有溶剂胶、水性胶和热熔胶3大类，主要对比情况见表4。

图10 生产工艺对VOC的影响

表4 不同胶粘剂的对比

水性胶相比溶剂胶，VOC 含量更低，环保型更好。但相比溶剂胶，水性胶的使用存在一些工艺限制，如工艺温度有特殊要求，在15～30 ℃才能达到激活温度；PP 基材一般需要火焰处理，提高极性；初始粘接力较弱；处理完的样件通常需要养生24～48 h 才能达到最佳粘接效果。

热熔胶是1 种更加环保的胶粘剂，不含溶剂或者其他介质，现阶段受限于成本和设备要求，还未得到广泛应用，只有奔驰宝马等高端车型有少量应用，相信热熔胶在未来汽车内饰的应用会越来越广泛。

4 结论

以门饰板系统为例，对门饰板总成的VOC 含量进行对比研究，发现门饰板系统的主要污染物为甲苯、二甲苯、甲醛、乙醛。通过对门饰板总成及其子级件的VOC 含量进行分析对比发现，PP 类材料、表皮材料、ABS 类材料以及胶粘剂等各种材料在VOC 的表现方面均存在较大的差异，PP 作为用量最大的材料，直接关系到整个总成的VOC 表现；TPO 表皮、针织面料是目前相对环保的表皮类型；在一些非外观的骨架材料方面，本体法ABS 相比于乳液法ABS 具有一定的优势；相比溶剂胶和热熔胶，水性胶是成本和性能综合优势明显的胶粘剂类型。

在内饰前期设计阶段，通过选择相对环保的材料能够达到更加精准控制整体内饰VOC 的目的，而不是完全依赖于后期的整改，这样有利于内饰VOC 由始至终的全流程管控，提升乘员舱的空气质量水平，提高整个内饰的感知水平。