針刺復合地毯總成甲醛散發性能改善的研究

李月柳，陳沛沛

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

前言

在當前國家治理空氣質量的大背景下，車內空氣質量也越來越受到人們的關注。即使在高端進口車型都不可避免的存在或多或少的車內空氣污染問題。[1]隨著《中國生態汽車評價規程 C-ECAP》及國六排放的頒布，車內空氣污染改善治理已成為國內各大OEM面臨的重要問題之一。常見的車內空氣質量污染有VOC（包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛等）、細菌、PM2.5等。而非金屬內飾零部件及內飾材料如發泡、皮革、毛氈、橡膠、塑料、膠黏劑等，是引起車內環境污染的主要來源。其中汽車地毯作為車內大面積應用的部件，其甲醛散發量直接關乎車內空氣質量的優劣。

1 車用地毯概述

地毯是汽車內飾的重要組成部分，主要用來覆蓋地板、側面門檻和前圍下部鈑金，不僅具有美學和感官上的裝飾性，還將發動機、傳動系統、車輪與地面摩擦產生的噪聲隔絕或減弱，起到隔音降噪的作用。汽車地毯總成一般由三部分構成。

（1）腳踏墊：材料一般為PVC或TPO，主要設置在駕駛員側，此處使用頻率最高，增加一層腳墊可提高耐磨性能。

（2）毯坯材料：分為針刺地毯、簇絨地毯與PVC地毯。最常用的是針刺地毯，根據不同車型可細分為針刺背膠地毯和針刺復合地毯；豪華車上一版使用簇絨地毯；PVC地毯一般用于低檔車與出租車。

（3）背部材料：根據不同的設計要求，會加以PU發泡或是一層廢紡氈、毛氈等材料進行填充，起到隔吸音作用，改善NVH性能。

隨著生活水平的逐步提高，人們對汽車地毯的關注重點逐漸由外觀向舒適度和環保性方向轉變。[2]本文以毯坯材料為針刺復合地毯，背部材料為PU發泡的地毯總成為例，開展了針刺復合地毯總成甲醛散發性能的研究。

2 試驗部分

2.1 試驗方法

使用2000L的Tedlar采樣袋在60℃的條件下恒溫2h后，采集針刺復合地毯總成及組成材料的 VOC散發量，并使用GC/MS（氣相色譜質譜聯用儀）分析苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯的散發量，使用 HPLC（高效液相色譜儀）分析甲醛、乙醛、丙烯醛的散發量，以 μg為單位進行散發量的對比。

2.2 針刺復合地毯總成及組成材料的檢測結果

經檢測，針刺復合地毯總成的甲醛散發量超出限值要求，總成、針刺復合地毯及PU發泡的檢測結果與甲醛限值要求的對比如圖1所示。PU發泡的甲醛散發量超出標準要求是造成地毯總成甲醛含量超標的首要原因。

圖1 甲醛散發量對比

3 PU發泡甲醛散發量優化改進

PU發泡即聚氨酯發泡，系將一定比例的多元醇（-OH，多為聚醚多元醇）和異氰酸酯（-NCO，常用 MDI、TDI）進行混合，配合催化劑、發泡劑、擴鏈劑、穩定劑等注入特定模具型腔內，在一定溫度壓力條件下進行的化學反應。地毯PU發泡常采用開模澆注、閉模發泡的方式，首先將脫模劑涂覆于模具表面，待模腔內形成薄薄一層隔離膜后再注入物料。

3.1 PU發泡甲醛散發量影響因素分析

3.1.1 原料影響

（1）聚醚多元醇是在分子主鏈結構上含有醚鍵（-O-）、端基帶有羥基（-OH）的醇類聚合物或低聚物。[3]以含活性氫的化合物為起始劑，在一定工藝條件下，由環氧丙烷（PO）、環氧乙烷（EO）開環聚合而成。聚醚多元醇中的醚鍵氧化后易生成醛酮類物質。同時，聚醚多元醇的合成原料中也會不可避免以雜質形式帶入醛類物質。

通過在原料中加入消醛劑，能夠有效降低地毯PU發泡的甲醛散發量，較改善前降低了27.2%。

圖2 改善原料前后的甲醛散發量對比

（2）原料配比：地毯PU發泡的多元醇用量高于異氰酸酯，當適當降低異氰酸酯的配比時，泡孔更加致密，抑制了甲醛散發。

表1 配比變化對甲醛散發量的影響數據

（3）模內熟化保壓時間：模內熟化時間越長，發泡內部反應越充分，揮發性物質含量越少，但當熟化時間過長時，伴隨反應放熱發生的副反應也會變得不穩定，同時會降低線體生產速率。

表2 模內熟化時間變化對甲醛散發量的影響數據

3.2 PU甲醛散發量綜合提升優化

綜合采用甲醛消除劑、降低異氰酸酯配比、增加熟化時間生產PU發泡及針刺復合地毯總成，甲醛散發量如圖3所示。三管齊下可顯著改善甲醛的散發量，PU發泡及地毯總成的甲醛散發量分別較原始檢測值降低了 62.5%與 61.6%，其中地毯總成的甲醛散發量僅為限值要求的56.5%。

圖3 綜合改善前后甲醛散發量的對比

4 結論

影響針刺復合地毯總成甲醛散發量的主要材料為PU發泡，其中原材料與原料配比及模內熟化保壓時間是影響 PU發泡甲醛散發量的主要因素，綜合采用甲醛消除劑、降低異氰酸酯配比、增加熟化時間，可明顯降低地毯總成的甲醛散發量，僅為限值要求的56.5%。

[1] 趙南,田鈞.車用空氣凈化系統解析[J].汽車實用技術,2016(12): 118.

[2] 任桂賢,姜前道,王雪,姜世鵬. 背部聚氨酯發泡汽車內飾地毯總成工藝[A].中國聚氨酯工業協會第十六次年會論文集[C],2012: 281.

[3] 徐培林,張淑琴.聚氨酯材料手冊[M].北京:化學工業出版社,2011: 61.