座椅 PVC 面料的气味性能对整车嗅觉感官品质的影响

作者：徐树峰,吴先毅,李铭仪,张云娟,蒋宝林,陈麒琳

广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院, 广东广州

随着人民生活水平的提高,汽车在人类的日常生活中扮演着越来越重要的角色,与此同时,消费者对车内环境的健康与舒适性的要求也越来越高^[1-3],因此车内空气质量问题也成为汽车消费者的热点｡特别是“异味门”事件的出现,将人们对车内空气质量的认识提升到了一个新高度,让消费者更深切地感受到车内空气质量与健康的密切关系^[4]｡车内气味一直是困扰车主和乘客的一大难题,据汽车行业权威独立市场咨询机构POWER发布的中国新车质量研究报告显示,“令人不愉快的气味”在2015以来一直是中国新车质量最严重的问题之一,汽车“异味”不仅让广大车主谈“味”色变,也令厂商头疼不已^[5]｡车内气味过重,轻则影响成员心情,重则危害身体健康｡为提高产品竞争力,提升车内嗅觉感官品质,满足消费者需求,国内外各大车企均加大了对车内气味的管控力度｡目前大部分主机厂的气味管控办法集中在“减法”上,即通过对整车内饰件的原材料和零部件的气味进行管控来达到整车气味水平的提升^[6]｡

在整车气味研发过程中,对于气味贡献率比较高的材料和零部件,气味性能不但满足企标限值要求,更要开发和应用气味性能远远优于限值要求的低气味材料和零部件,如座椅面料､PP塑料粒子等｡

本文作者以两家公司的座椅PVC面料为研究对象,对两种面料的气味性能进行了主观气味评价和客观设备分析(TD-GC-O/MS热脱附-气相色谱-气味嗅辨仪/质谱联用法),同时将两种PVC分别试制成两份座椅并进行整车搭载,对整车的气味强度､气味舒适度以及气味类型作出评价｡

实验试剂与仪器

研究用的PVC面料分别来自两家面料供应商,以PVC-1､PVC-2表示｡高纯氮气(99.999%):空气化工产品气体(深圳)有限公司;甲醇:色谱纯,美国霍尼韦尔Honeywell;VOC混合标液:1000mg/L,美国O2si;CS200A(50slm)气体质量流量计:北京七星华创电子股份有限公司;GM-1.0A,60L/min隔膜真空泵:天津市津腾实验设备有限公司;FD115烘箱:德国宾德Binder;GW1000-150高温试验箱:广州国技试验仪器有限公司;KTM-HTG25高温试验箱:铁木真电子科技(昆山)有限公司;V-BIR-24､V-BIR-54､V-BIR-56汽车内饰件VOC洁净高温室:东莞市升微机电设备科技有限公司;Gilibrator-2皂膜流量计:GilAirPlus､GilAir-5RP;高低恒流空气采样泵:美国Gilian公司;EM-2008C-8矩阵式恒温恒流多通道采样器(8路):深圳国技仪器有限公司;Sniffer9100嗅味检测仪:瑞士Brechbühler;ATD350､ATD650型热脱附仪:美国PE-Perkinelmer;Agilent1200/1260型高效液相色谱仪､7890A-5975C､7890B-5977B型气相色谱质谱联用仪:美国安捷伦Agilent;WatersH-Class型超高效液相色谱仪:美国沃特世Waters;R-TC20-2TVOC管老化仪:英国Markes;Tenax-TA管:美国PE-Perkinelmer;Tedlar气体采样袋,大连德霖气体包装有限公司｡

试验步骤

(1)将面料PVC-1和面料PVC-2进行裁剪,规格为20cm×20cm,每种面料各1份｡图1和图2分别为面料PVC-1的实物外观图和截面图,面料PVC-2的实物外观图和截面图与面料PVC-1基本一致｡

(2)将面料PVC-1和面料PVC-2分别放入已老化好的10L气体采样袋中,然后使用高纯氮气冲洗3次,最后充入5L的高纯氮气｡将气体采样袋置于已预热的烘箱中,80℃的条件下加热2h｡

(3)通过恒流空气采样泵将采样袋中的气体采集到Tenax-TA内｡然后将Tenax-TA置于TD-GC-O/MS设备上,进行相关测试和分析｡

(4)将面料PVC-1和面料PVC-2通过火焰复合的工艺制成面套PVC-1和面套PVC-2,将面套PVC-1和面套PVC-2重复步骤(1)—(3)｡图3和图4分别为面套PVC-1的实物外观图和截面图,面套PVC-2的实物外观图和截面图与面套PVC-1基本一致｡

(1)将面料PVC-1和面料PVC-2进行裁剪,规格为10cm×20cm,每种面料各9份｡

(2)将3份面料PVC-1和3份面料PVC-2分别放入用于气味性评价的1L广口玻璃容器中(瓶中放入50mL的去离子水,应避免试样直接与水接触),盖好瓶盖,(23±2)℃的条件下静置24h｡

(3)将3份面料PVC-1和3份面料PVC-2分别放入用于气味性评价的1L广口玻璃容器中(瓶中放入50mL的去离子水,应避免试样直接与水接触),盖好瓶盖,放入具有空气循环功能的烘箱中,温度设定为(40±2)℃,烘箱运行24h｡

(4)将3份面料PVC-1和3份面料PVC-2分别放入用于气味性评价的1L广口玻璃容器中,盖好瓶盖,放入具有空气循环功能的烘箱中,温度设定为(80±2)℃,烘箱运行2h后取出冷却到(65±5)℃｡

(5)面套PVC-1和面套PVC-2重复步骤(1)—(4)｡

(6)将步骤(2)—(5)处理好的内含待测样品的广口瓶置于气味评价房进行气味评价｡气味评价员稍微打开瓶盖,鼻子靠近瓶口,保持2~3cm的距离,正常呼吸,然后对试样进行气味进行评价｡评价期间,每个试样瓶最多供两位气味评价员评价,两次气味评价应间隔1~2min｡每种试样的气味评价至少需要5位气味评价员｡

(1)将面料PVC-1和面料PVC-2试制成整车座椅并分别搭载在试验样车1和样车2上,样车1和样车2属于同一批次相同配置的样车,除了座椅不同之外,其他所有零部件均相同｡

(2)将搭载好座椅的样车1和样车2置于整车气味评价室,关闭门和窗,气味评价室温度设定为25.0℃,湿度设定为50%,样车静置16h｡

(3)整车气味评价时,至少需要5位气味评价员,并且分组进行气味评价,每组最多3位气味评价员,每组间隔至少15min｡按照主驾驶､副驾驶､后排座椅从前到后的顺序依次进入车内,评价人员需在进入车内,关闭车门后30s内进行评定,评价时正常呼吸｡评价时,先评价气味强度等级､气味舒适度,再描述气味类型｡

将采集好气体的Tenax-TA置于热脱附-气相色谱-气味嗅辨仪-质谱检测器联用装置上进行测试和分析｡热脱附的样品管脱附温度设定为300℃,冷阱富集温度设定为-10℃,冷阱脱附温度设定为300℃,冷阱脱附流量设定为80mL/min｡气相色谱使用色谱柱Ultra-2尺寸为50m×0.32mm×0.52μm,柱温箱升温过程为50℃条件下保持3min,然后以10℃/min升温至90℃并保持5min,然后再以10℃/min升温至280℃并保持3min｡质谱的离子源温度设定为230℃,质谱扫描范围为45~420Amu｡气味评价员在气味嗅辨仪端口进行每一个物质的气味评价,并记录对应物质的气味类型､强度等级及保留时间｡

结果与讨论

气味评价试验由5位气味评价员进行,气味评价结果为所有评价员结果的算术平均值,算术平均值结果可以四舍五入保留1位小数｡气味强度等级一共有6个等级,每个等级对应的定义为:1级—无气味;2级—有气味,不明显,但无干扰性气味;3级—有明显气味,但无干扰性气味;4级—有干扰性气味;5级—有强烈干扰性气味;6级—有不可忍受的气味｡面料的气味评价结果如表1和图5所示｡

由表1可知,面料PVC-1在23℃条件下有3人觉得有溶剂味,40℃条件下有5人觉得有溶剂味,80℃条件下有5人觉得有溶剂味｡面料PVC-2在23℃条件下为无味,40℃条件下有3人觉得有溶剂味以及2人觉得有皮革味,80℃条件下有2人觉得有溶剂味以及1人觉得有织物味和1人觉得有烧焦味｡气味类型上,面料PVC-2明显优于面料PVC-1,尤其在常温条件下,面料PVC-2展现出无气味的结果｡

由图5可知,面料PVC-1在23､40､80℃3个条件下的气味强度分别为2.3､2.8､3.5;面料PVC-2在23､40､80℃3个条件下的气味强度分别为2.0､2.5､3.2｡气味强度值对别来看,面料PVC-2在3个温度下都明显优于面料PVC-1｡从气味强度绝对值来看,在常温条件下面料PVC-2为2.0,该气味性能在整个PVC行业里都十分难得｡

由表2可知,面套PVC-1在23､40､80℃3个条件下都有5人觉得有溶剂味,溶剂味非常明显｡面套PVC-2在23℃条件下有3人觉得有溶剂味,40､80℃条件下有4人觉得有溶剂味以及1人觉得有泡棉味｡气味类型上,面套PVC-2稍微优于面套PVC-1,溶剂味稍微弱点｡

由图6可知,面套PVC-1在23､40､80℃3个条件下的气味强度分别为2.6､2.9､3.5;面套PVC-2在23､40､80℃3个条件下的气味强度分别为2.3､2.8､3.4｡气味强度值对比来看,面套PVC-2在3个温度下都优于面套PVC-1｡

将采集好气体的Tenax-TA管置于热脱附近样器内,已富集在管子中的待测成分经设备加热解吸后进入气相色谱仪内,色谱仪对待测物质进行层层分离,然后通过分流器进行分流,其中一路进入到质谱仪并进行定性分析,另一路则进入嗅觉检测器并进行气味评价｡图7—10分别为面料PVC-1､面料PVC-2､面套PVC-1､面套PVC-2的总离子色谱图,其中保留时间表示为气体随载气流出的先后顺序,丰度表示在质谱分析中检测器检测到的离子信号强弱｡

从图7和图8对比可以看出,面料PVC-1散发气体总离子色谱图与面料PVC-2散发气体总离子色谱图相差很大,面料PVC-2的相对丰度超过5的物质只有一个,而面料PVC-1相对丰度超过5的物质很多,同时面料PVC-2的丰度最大值明显小于面料PVC-1的丰度最大值｡这对比结果证明面料PVC-2的散发物质相对于面料PVC-1少很多,间接说明了面料PVC-2的气味性能优于面料PVC-1｡从图9和图10对比可以看出,面套PVC-1散发气体总离子色谱图与面套PVC-2散发气体总离子色谱图相差也很大,与面料的对比趋势一致｡

从表3和表4可知,面料PVC-1中可感知的气味物质有9种,而面料PVC-2可感知的物质只有2种,同时面料PVC-1可感知物质的气味强度最大值明显高于面料PVC-2的可感知物质气味强度最大值｡面料PVC-1中的2-丁酮和N,N-二甲基甲酰胺的气味强度为2.0,为面料PVC-1贡献了发泡味和烧焦味｡4-甲基辛烷､环己酮､1-十三烯的气味强度为1.5,为面料PVC-1贡献了溶剂味和烧焦味｡异丙醇､八甲基环四硅氧烷､苯甲腈､十甲基环五硅氧烷的气味强度比较弱,评价结果为1.0,为面料PVC-1贡献了溶剂味､烧焦味､发泡味｡面料PVC-2中的2-乙基己醇和八甲基环四硅氧烷的气味强度分别为1.5和1.0,为面料PVC-2贡献了溶剂味､织物味｡

从表5和表6可知,面套PVC-1中可感知的气味物质有15种,而面套PVC-2可感知的物质只有5种,同时面套PVC-1可感知物质的气味强度最大值明显高于面套PVC-2的可感知物质气味强度最大值,整体趋势与面料的对比结果一致｡面套PVC-1中可感知的15种物质主要为溶剂味,发泡味以及烧焦味,与面料的气味评价结果一致｡面套PVC-2中可感知的5种物质主要发泡味和溶剂味,而苦味和煳味气味强度比较弱,气味评价时不易察觉｡

将面料PVC-1和PVC-2试制成整车座椅并分别搭载在试验样车1和样车2上,气味评价员对搭载后的整车气味强度､气味舒适度以及气味类型进行评价｡其中气味舒适分为10个等级,每个等级定义为:1级和2级—非常差;3级—很差;4级—差;5级—稍差;6级—普通;7级—稍好;8级—好;9级—很好;10级—非常好｡图11和图12分别为试验样车1和试验样车2的气味强度和气味舒适度的结果,表7为试验样车1和试验样车2的气味类型｡

从图11可知,试验样车1和试验样车2的气味强度分别为3.0和2.5,相差0.5个气味强度等级,气味性能较好的面料PVC-2搭载整车后能够显著降低整车的气味强度｡从图12可以看出试验样车1和试验样车2的气味舒适度分别为6.4和7.1,相差0.7个等级,再次证明面料PVC-2搭载后能够大幅提升车内的嗅觉感官品质｡从表7可知,试验样车2的气味类型种类比试验样车的气味类型种类少,最显著的是同种气味类型的可感知的人数得到下降｡

 结束语

文中以整车气味贡献率非常大的PVC座椅面料为研究对象,通过结合气味主观评价和客观设备分析的方法,对不同气味性能的PVC面料进行的测试和分析,并将面料试制成两份座椅并进行整车搭载和评价｡结果显示气味性能比较好的PVC有效降低了整车气味强度,提升了气味舒适度,为整车嗅觉感官品质的提升提供了有效的技术途径｡

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