汽车座椅聚氨酯发泡 VOC 优化方法

引言

座椅系统主要由座椅骨架、座椅聚氨酯发泡和座椅面套组成。座椅作为车辆内饰的重要组成部分,其聚氨酯发泡的VOC挥发量对车内VOC的影响比较大。考虑车内空气质量对人体健康的危害,目前国家发布了强制标准征求意见稿,各主机厂也在制定相应的检测方法及零部件限制来改善车内空气质量。

1VOC浓度要求

挥发性有机化合物VOC(Volatile Organic Compounds),是指在常温状态下容易挥发的有机化合物。环保部官网发布的征求意见稿《乘用车车内空气质量评价指南》,对于汽车车内空气有机物浓度要求,见表1。

汽车座椅聚氨酯发泡 VOC 优化方法插图汽车座椅聚氨酯发泡 VOC 优化方法插图1

聚氨酯发泡VOC来源及改善方法

聚氨酯发泡VOC来源

聚氨酯硬泡是由按照一定比例的A、B组分料混合后,经一系列化学反应后形成的具有防水和保温隔热功能的泡沫塑料。A组分料是由多元醇(聚醚或聚酯)及发泡剂、催化剂、稳定剂、阻燃剂等添加剂组成的组合料,俗称白料。B组分料的主要成分为异氰酸酯,是一种棕色液体,俗称黑料。聚氨酯所用原料,导致VOC有以下来源。

多元醇

从理论上讲,聚氨酯材料中残留的微量多元醇会产生低分子的醛类、醇类、羧酸类物质。

异氰酸酯

游离的异氰酸酯单体存于聚氨酯发泡中,因其低沸点和高蒸汽压的特点,在日后的使用过程中慢慢释放出来,产生挥发性物质,危害人体健康。

催化剂

叔胺类催化剂能对聚氨酯的发泡反应和凝胶反应提供催化性能,但大多数不参与反应。反应完成后,胺类催化剂一部分在生产过程中挥发,其余会游离在泡沫中。由于聚氨酯发泡的多孔结构,游离的叔胺类催化剂会慢慢游离到泡沫表面而挥发出来。

泡沫稳定剂

硬泡所用有机硅稳定剂,俗称“硅油”,主要结构是聚硅氧烷-氧化烯烃嵌段共聚物,作用是提高泡孔的闭孔率,使泡沫稳定、均化。低相对分子质量的硅氧烷小分子,会直接进入到成品中,且不参与发泡反应,只能残留在泡沫内部,增加了聚氨酯泡沫硅氧烷类VOC的挥发。

其他助剂

为保持产品的特性,在生产座椅聚氨酯泡沫的过程中,还会添加诸如发泡剂、阻燃剂、抗氧剂、脱模剂及抗老剂等多种助剂。由于反应程度的不完全,少量残留的游离单体和一些低相对分子质量的物质,很容易从聚氨酯泡沫中挥发出来。

聚氨酯发泡VOC改善方法

汽车座椅聚氨酯发泡 VOC 优化方法插图2

材料选择

目前异氰酸酯在PU发泡生产中尚不可替代,只能采取适当的措施,去降低VOC,主要体现在以下几方面:

(1)采用聚酯多元醇取代聚醚多元醇,其活性较高,可降低催化剂用量;

(2)异氰酸酯采用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)体系配方,不使用甲苯二异氰酸酯(TDI);

(3)催化剂采用高效、低挥发型物质,如三亚乙基二胺代替二甲基环己胺中等活性胺类催化剂;

(4)减少助剂的使用,如多元醇中引入具有阻燃作用的元素代替阻燃剂的使用;

(5)在混料过程中添加醛类消除剂。

工艺处理

在改善原材料应用的同时,工艺采用生产过程管控及后处理的方式,可进一步降低VOC,主要有以下几方面:

(1)发泡浇注由人工浇注改为机器人浇注,使得原料充分混合,同时确保A、B料用量比为1:3,发泡温度为50℃~70℃,模内熟化时间为4min;

(2)发泡真空开泡机的开泡排气通过管道排入户外,并保证真空度0.6Mbar-0.7Mbar;

(3)碾压式发泡开泡机经过两次碾压开泡,开泡充分,发泡内无气体残留;

(4)发泡上悬挂链,熟化时间至少 8h,悬挂链循环一周时间约24h;

(5)采用通风措施,诸如发泡工位增加真空排放,厂房顶部增加排风装置及车间窗户的玻璃被有间断的打开等。

座椅VOC试验方法及结果

座椅VOC试验方法

样件要求:样件应为下线后通常状态下保管15天以内的零部件,试验样袋采用2000L体积进行封装,样品按照车内实际使用状态进行放置。

预处理:试验前样件预处理按GB/T2918-1998《塑料试样状态调节和试验的标准环境》中标准环境下(空气温度23℃±1℃,相对湿度50%±15%)放置24h。

气体捕集:样品在65℃下恒温2h后,按照图1所示装置进行采样。

图1采样装置简图

数据分析及处理:按照 HJ/T400-2007《车内空气挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》中的5.2的规定进行测量,并按挥发浓度C=集管所测得化合物量W/捕集管采集气体量Q进行计算。

试验结果

汽车座椅聚氨酯发泡 VOC 优化方法插图3

汽车座椅聚氨酯发泡 VOC 优化方法插图4

采用本文中的改善方法,并在第三方检测机构,进行多轮试验测试,取其平均值,其结果见表3。

表3某车型座椅VOC测试结果

由表3可得出,改善方法在一定程度可改善VOC的挥发,其他类似座椅聚氨酯发泡材料可参考。在试验过程中发现,环境温度、生产仓储及运输方式对VOC测试有一定的影响,建议保证生产车间适宜的温度,良好的通风,运输中塑料件包装改为无纺布。

结论

“节能、环保、安全”是汽车发展永恒的主题,车内空气质量作为汽车环保、安全的重要面,越来越受消费者重视。车内空气质量控制,要从源头出发,怀着对消费者负责任的态度,从根本上解决车内VOC问题,最大限度地降低其对乘车人员的危害。

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