基于气味抽查和气味溯源法的车内气味改善研究
时间：2023-03-09 23:55:01 来源：千叶帆 本文已影响人
李韶茂
（广汽三菱汽车有限公司，长沙 410100）
近年来，随着汽车保有量的增加，车内空气质量受到越来越多消费者的关注，相比车内挥发性有机化合物（VOC），消费者对车内气味的感官更加直接，可以说车内气味的情况能直接反应车内饰材料的好坏[1]。据中汽数据中心调研结果显示，2010年到2020年，车内气味累计投诉量达到26 084 宗，年平均增长率明显高于汽车保有量的增长[2]。
由于消费者对车内气味的关注，目前各大主机厂以及监管部门正在积极采取措施改善车内空气质量，提高用户的满意度。但由于影响气味的因数很多，如使用的材料、制作工艺、物流运输等，而且内饰材料种类很多，所以成功完成整车气味改善的案例报道较少[3]。
目前整车气味改善方法主要是通过整车-零件-材料的3 级正向气味溯源分析法找出气味来源，对应实施整改，该方法采用气相色谱质谱Sniffer 设备，能较为系统分析车内异味物质来源，解决车内异味问题，但是该方法周期较长，费用较高[4]。本研究主要探讨了采用气味抽查法+气味溯源方法对车内异味整改的效果、周期和费用情况，并介绍了各气味较大部品的整改对策，对于其他主机厂进行车内异味整改具有借鉴意义。
2.1 气味改善实施流程
2.1.1 正向气味溯源分析法
正向气味溯源分析法如图1所示，首先对整车进行主观气味测试（VOI），并通过气相色谱-质谱联动仪+Sniffer 设备测试车内气味物质的类型、含量和气味相对强度（GCOMS）；
接着对所有车内零件进行VOI 和GCOMS 测试。通过分析测试结果，找出和整车气味类型和气味物质相近的内饰件，按照材料类别对内饰件进行拆解，分别进行VOI和GCOMS 测试，找出和整车气味类型和气味物质相近的材料，通过物理/化学分析手段对材料成分进行分析，找出气味最终来源，降低/去除该气味相关原料，或者采用低气味/无气味原料替代等方式，达到改善材料气味的目的，然后从材料、零件、整车进行VOI 和GCOMS 测试，考察最终整改效果[5]。
图1 正向气味溯源分析法
2.1.2 气味抽查+气味溯源法
气味抽查+气味溯源法如图2所示，首先进行整车VOI 和GCOMS 测试，得到整车气味强度、主要味型和气味物质，然后根据内饰件使用材料种类、材料气味风险、材料气味散发面积等特性筛选并抽查可能造成整车气味的风险材料，然后对气味较大的材料实施气味溯源和整改，整改后进行材料和整车的气味测试，验证整改效果。
图2 气味抽查+气味溯源法
2.2 2种气味改善方法对比
正向气味溯源分析法是目前常用的整车气味整改方法，通常能全面解决车内异味问题，同时整改过程数据对车型后期车内气味管控有更好的指导作用，但整改周期长，整改费用高。
相比正向气味溯源分析法，气味抽查+气味溯源法能更快的找到整车气味不合格的材料，并实施整改，成本较低，周期较短。下面采用气味抽查+气味溯源法对某车型进行气味改善。
3.1 气味测试方法
3.1.1 整车气味评价
参考T/CMIF 13—2016《汽车车内空气的气味评价规范》[6]，测试整车常温下座舱以及行李舱的气味强度和味型，评价人员5 位。
3.1.2 材料气味评价
参考GMMC 的标准，采用60 mL 气味瓶法，气味瓶清洗，烘干后，取0.06 g 试样放置在气味瓶中，加盖密封，转移至烘箱中，70 ℃烘烤2 h，取出后1 h 内完成气味评价，评价人员≥5 人，判定参考表1，结果取平均值，气味强度合格判定≤2.5 级。
表1 气味等级判定
3.2 气味物质测试方法
3.2.1 整车GCOMS 测试
按照HJ/T 400—2007《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》的要求进行采样[7]。
采样完成后，将采样管放置气相色谱-质谱联动仪的进样口，开启设备，气味嗅辨员在Sniffer设备的嗅辨口进行嗅辨，嗅辨到一种气体，立即用手持的打分器进行打分，按气味相对强弱打0～4 级，质谱仪同步进行气味物质成分和含量的测试，结果用甲苯半定量法进行分析。
3.2.2 材料GCOMS 测试
采用20 L 袋子法，优先从零件上直接取样，零件上不方便取样的，采用相同工艺条件制样，样件尺寸100 mm×100 mm，取样后放入袋子并密封，用纯净空气冲洗袋子3 次，抽出袋内气体后充入16 L的纯净空气，转至烘箱中70 ℃保温2 h，然后进行GCOMS 测试。
3.3 初始整车气味测试和分析
整车气味评价情况如表2，气味强度为3.5 级，主要味型为皮革味、胶皮、塑料、溶剂和潮味。
表2 整车气味评价结果（初始）
通过整车气味物质测试[8-10]，有明显气味的物质如表3，结果显示，气味物质最多的是烷烃类物质，其次是苯系物、醇类和酮类物质，占到总气味物质含量的88%，剩余的是烯烃、胺类和醛类物质。
表3 整车气味物质测试结果（初始）mg/m3
通常烷烃类气味物质主要来源于塑料件、地毯、吸隔音件，溶剂类气味物质主要来源包括涂饰残留、有机合成溶剂、胶水，烯烃主要来源是烯烃聚合残留，胺类通常来源于PU 发泡，还有其他胺类催化剂、pH 调节残留，醛类来源于POM 合成、酯类氧化等。
3.4 气味整改材料筛选
气味风险材料筛选如图3所示，第1 步挑选车内散发面积较大的零件，零件按单一材料进行分解，材料和加工工艺相同的，只挑选一个；
第2 步结合整车气味分析结果和零件使用材料，选出与整车气味关联较大的零件材料，作为气味风险材料；
第3 步对选出的零件进行材料取样和气味测试，最终找到需要进行气味改善的材料。
图3 气味风险材料筛选
通过筛选和测试，最终确定12 种材料为气味整改材料，具体情况如表4。
表4 筛选需要气味整改的材料清单
3.5 材料气味溯源分析和整改
3.5.1 门饰板气味整改——PP 塑料整改
气味味型主要是塑胶味，主要是塑料中残留的低分子量的烷烃物质导致，分析气味来源和对策如下。
来源1：塑料粒子原料中残留；
对策1：原材料中添加吸附异味的物质，挤出螺杆长径比40∶1 改为48∶1，采用双真空抽提，真空度增加至-0.08 MPa，增加烘烤、通风后处理工序。
来源2：零件注塑时材料分解产生；
对策2：降低注塑温度、注塑压力、注塑速率。
改善后气味测试结果如表5，从表中可以看出，仅采用对策2，塑料气味测试结果改善不明显，采用对策1 或对策1+对策2，塑料气味测试结果均合格。
表5 PP塑料采用不同整改对策后的气味测试结果 级
结合以上分析，可以确定气味主要来源于塑料粒子原料，最终确定采用对策1 进行气味整改。
3.5.2 门饰板气味整改——杂棉吸音棉整改
对材料进行气味物质测试，如图4，主要气味物质分析结果如下。
图4 杂棉样品GC谱及嗅辨气味谱
a.醛类：占比47.81%，主要味型：溶剂、略酸；
b.腈类：占比16.00%，主要味型：溶剂；
c.酯类：占比11.72%，主要味型：呛味；
d.酚类：占比10.76%，主要味型：轻微糊味；
e.烷烃类：占比1.59%，主要味型：溶剂味。
分析可能来源。
a.醛类、酯类、烷烃类物质的可能来源为设备机油污染；
b.腈类的可能来源为腈纶纤维；
c.酚类的可能来源为抗氧剂。
针对以上情况，采用以下对策，对策后产品气味由4 级降低至2 级，气味明显降低。
a.排查生产过程中设备给零件带来的机油污染点，定期彻底清洁；
b.减少低熔点纤维含量，并适当降低制备温度；
c.杂棉浸泡阻燃剂后，梳理并烘干2 次，产品制备后增加后烘烤工序，80 ℃/2 h。
3.5.3 仪表台隔音垫气味整改
仪表台内部隔音垫测试的主要味型为糊味、胺味，其结构由3 层组成，具体如图5，对每层分别进行气味测试，发现气味主要来源于无纺布和半固化棉毡。
图5 仪表台隔音垫组成结构示意
对无纺布和半固化棉毡进一步进行材料分解和分析，结果如表6所示。
表6 隔音垫气味来源分析
根据气味来源的分析结果，采用以下对策。
a.将酚醛树脂中的固化剂六次甲基四胺降低2%，适当延长半固化棉毡的热压时间，确保固化效果；
b.确保阻燃要求的前提下将阻燃纤维含量降低5%。
改善后，气味强度由3.5 级降低至2.8 级，主要味型为胺味，仍然不满足≤2.5 级的要求，但由于材料和单品成本的限制，进一步改善困难，只能让步接受。
3.5.4 顶棚气味整改——PU 玻纤基材整改
顶棚由玻璃纤维增强PU 发泡层和表层织物压合而成，对2 层分别进行气味测试，发现PU 发泡层气味较大，主要是PU 发泡料中残留的多元醇[11]，在后续加热分解产生小分子的气味物质，通过配方优化，减少PU 发泡中多元醇含量，同时对顶棚成品进行通风晾置除味，改善后测试气味降低至2.5 级，满足零件气味要求。
3.5.5 顶棚气味整改——PET 吸音棉整改
从人机料法环5 个因素对影响PET 吸音棉气味的风险进行了全面分析，如表7所示，发现“机”因素气味风险最高，进一步考察发现梳理线用的烘箱是与其他棉纤维梳理时共用，而且烘箱没有进行定期清理，所以死角长期残留纤维，气味污染PET 材料。
表7 PET吸音棉气味风险分析
根据以上分析结果，采用以下对策。
a.PET 产品生产前，对设备进行彻底清扫，特别是一些死角，使用气泵吹扫再采用PET 纤维进行2 次梳理，清理设备棉仓、梳理机内的棉维纤；
b.设备清理后烘箱温度220 ℃保温15 min，使得残留棉纤维的气味挥发掉，同时在烘箱处增加热鼓风机，排出残留气味。
气味整改后，PET 吸音棉气味降低至2.5 级，满足材料气味要求。
3.5.6 地毯气味整改——PET+EVA 整改
对材料进行气味物质测试，如图6，主要气味物质分析如表8，主要为烷烃类物质，其中α-蒎烯和正庚烷来源是有机合成及溶剂，进一步分析主要原因如下。
表8 地毯样品主要气味物质成分
图6 地毯样品气质色谱总离子流
a.面毯的PET 纤维丝中的油剂残留；
b.针刺起绒时抗静电剂的油剂残留；
c.EVA 树脂老化散发小分子气味物质。
基于以上分析，将油性抗静电剂改用水性，调整EVA 生产工艺，降低加工温度，由原来200～210 ℃降到180～190 ℃，PET 纤维每批次到货气味检测，要求供应商油剂添加量控制在标准范围内，改善后气味降至2.1 级。
3.5.7 地毯气味整改——地毯下PU发泡垫块整改
经过气味物质测试，确定主要气味物质为1,1-二氯-1-氟乙烷、二氯甲烷、丙酮、甲醛、乙醛、癸醛、二乙胺、三乙胺、N,N-二甲基环己胺等，但是1,1-二氯-1-氟乙烷、二氯甲烷、丙酮、甲醛质量分数均低于对应物质的气味阈值，无需对应，结合气味嗅辨主要是胺味，对策重点考虑降低胺类物质的质量分数。
为此对所有辅料及主料进行了排查，最终将原有的胺类催化剂换成无气味味的催化剂，改善后气味降低至2.5 级，满足要求。
3.5.8 前围隔音垫PET+EVA 气味整改
通过对材料组分进行气味溯源分析，如表9，发现气味主要来源有EVA 树脂中残留的甲酰胺与低熔点纤维。
表9 前围隔音垫气味来源分析
基于以上分析采用以下对策，整改后气味等级降至2.5 级，胺味去除。
a.更换纯度更高的EVA 树脂，适当降低EVA树脂和PET 棉毡的热复合温度；
b.降低低熔点纤维使用比例，使用量走下偏差，减少低熔点纤维分解产生的酯类气味物质；
c.库房内产品摆放间距增加，增加通风设施。
3.5.9 地板阻尼板气味整改
地板阻尼板主要是沥青和填料组成，气味主要是沥青中残留的气味物质散发产生，为避免使用沥青阻尼板带来气味和VOC 超标问题，很多车企均采用喷涂水性树脂代替铺贴沥青阻尼板，但成本较高。
为此采用在阻尼板表面涂覆一层致密的隔离层，改变阻尼板-空气界面，减少产品的气味物质扩散系数和表面初始浓度，达到降低阻尼板向车内散发气味物质的目的。
将改善后的阻尼板贴敷在钢板上，按照白车身电泳烘烤的条件进行烘烤，然后进行气味评价，评价结果2.5 级，满足技术要求。
为避免沥青阻尼板储存和运输过程中阻尼板之间粘连，供应商在阻尼板单面贴一层隔离纸，铺贴到车身上前需要撕除离型纸，而本次沥青阻尼板表面涂覆了一层隔离层，能起到避免阻尼板粘连的作用，隔离纸可以取消，零件成本无增加。
3.5.10 座椅面套气味整改——牛皮整改
座椅牛皮气味物质测试情况如图7和表10，发现对气味贡献较大的物质主要有4 类。
图7 牛皮样品气质色谱总离子流
表10 牛皮样品挥发成分测试结果
a.醛类：正丁醛、正庚醛、苯甲醛、正己醛；
b.醇类：异丙醇、2-乙基-1-十二醇；
c.酯类：丙烯酸丁酯、亚硫酸十八烷基2-戊酯；
d.酮类：丙酮。
对牛皮加工工序和试剂进行分析，气味来源如下。
a.牛皮脱脂不充分，残留酯类受热分解产生低分子酯类，氧化后生成醛类；
b.涂饰溶剂未完全挥发，在皮革中残留。
基于以上分析，采用以下对策，采用对策后测试，气味改善明显，气味强度降低至2 级。
a.采用高效脱脂剂，加强牛皮脱脂效果；
b.涂饰用交联剂质量分数由50%提升至98%；
c.涂饰后烘烤温度适当提升，降低溶剂残留；
d.在皮胚背封中增加除臭剂。
3.5.11 座椅面套气味整改——PVC 革整改
PVC 表皮气味物质分析如表11，主要气味物质类型为酮类、醇类和胺类，分析主要来源为表皮表面涂饰剂的溶剂残留。
表11 PVC革样品主要气味物质测试结果
根据供应商设备能力，PVC 革成品后增加一道除臭工序，除臭设备带开卷和收卷装置，带新风系统，加热系统。
经过改善后，PVC 革气味降至2.5 级，满足标准要求。
3.5.12 座椅面套气味整改——PU 泡棉整改
对表皮下贴合的泡棉进行气味评价，主要气味味型为胺味，分析主要是PU 发泡料中的胺类催化剂残留，为此采用以下对策[12]。
a.催化剂使用量质量分数由0.3%降低至0.22%；
b.生产现场增加排风扇，增加产品气味物质散发；
c.泡棉和表皮贴合后在70 ℃烘箱中烘烤2 h。
对策后气味降至2.5 级，胺味降低，满足设计要求。
4.1 整车气味测试
整改后整车气味评价情况如表12，气味强度由改善前的3.5级降至3级，主要味型为皮革味、塑料味。
表12 整车气味评价结果（整改后）
采用气味抽查+气味溯源法和正向气味溯源分析法分别进行整车气味整改，整改费用和整改周期如图8，采用气味抽查+气味溯源法进行整车气味整改，费用节约35.06 万元，整改周期减少18周。
图8 不同整车气味整改方法费用和周期对比
采用气味抽查+气味溯源法对某车型进行气味整改，整车气味降低至3 级，提升了乘员的感官舒适性，通过本次整改证明气味抽查+气味溯源法进行车内气味整改是可行的。另外还有以下3 个方面的成果。
a.借助整车VOI+GCOMS 测试找出车内主要气味和气味物质，然后筛选出车内气味散发面积大和整车气味关联性高的材料，对这些材料进行VOI测试，找出气味大的材料，建立了气味与材料种类的参考系；
b.本次气味整改获得的低气味材料和材料低气味处理措施，对车型的低气味材料定义提供了依据；
c.采用气味抽查+气味溯源法进行车内气味整改，相比常规的正向气味溯源分析法节约测试费用约78%，整改周期缩短70%，减少工时126 h/人/天。
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