硕士论文-汽车车内空气质量检测和评价方法的研究.pdf

渊I I H 2 I l l 8 , l , , 7 1 1 6 i i l 7 1 1 1 分类号：U 4 6 1 0 7 l o - 2 0 0 4 9 1 4 5 谖孝夫海 硕士学位论文 汽车车内空气质量检测和评价方法的研究 导师姓名职称 申请学位级别 冯顺利 王生昌教授 碗士学科专业名称 簟远I 具蟮用I 程 论文提交日期2 0 0 8 年0 4 月0 I 目论文答辩日期2 0 0 8 年0 4 月3 0 日 学位授予单位 长安大学 答辩委员会主席 学位论文评阒人 郭晓汾教授 司利增副教授、廖发盎剐教授 摘要 随着我国汽车工业的飞速发展，国内的汽车保有量迅猛增加，汽车正迅速步入家庭。 汽车车内的污染问题也逐渐受到人们的重视。但是，我国目前还没有完整的汽车车内污 染标准和完善的车内污染检测方法，使汽车内环境污染的治理工作无法进行，汽车驾乘 人员的身体健康仍在遭受着危害。同时，由于没有车内空气质量的评价标准，使得人们 无法知道自己所驾驶的车辆车内空气质量的状况，不能及时合理地采取相应的处理措施 来改善车内环境，使人们的身体健康在不知不觉中受到损伤。 针对以上存在的问题，本文首先介绍车内主要污染的种类、生成原因及危害，在详 细分析车内污染物检测影响因素和分析对比污染物分析方法的基础上，提出了车内污染 物检测的采样条件和检测方法。提出了采用2 ，4 - D N P H 吸附管一高效液相色谱法作为车 内甲醛的测定方法，采用固相吸附、加热脱附与气相色谱一质谱联用法作为车内除甲醛 以外其他挥发性有机化合物的分析方法。 在分析和对比研究大气质量评价法和室内空气质量评价法，以及分析车内污染物超 标情况及车内主要污染物对人体危害情况的基础上，提出了采用甲醛、苯、甲苯、二甲 苯、乙醛、T V O C 等作为车内污染程度的评价因子，并提出了各评价因子的评价标准和车 内空气质量等级的评价标准。并研究提出了用修正的空气质量指数法对车内空气质量等 级进行评价，并对评价方法进行了检验，该方法能较准确地评价车内空气质量的实际 状况。 本文对深入研究和完善车内污染物检测方法提供了参考依据，对车内空气质量的评 价提供了依据，为进一步研究车内空气质量评价提供了研究基础。 最后，对本文做出了简要总结，分析了不足，提出了建议。 关键词：车内污染、污染气体、检测方法、车内空气质量、综合指数评价法 A b s t r a c t W i t ht h er a p i d l yd e v e l o p m e n to ft h eA u t o m o b i l ei n d u s t r yi no u rc o u n t r y , a tt h es a m e t i m e ，i t Si n c r e a s i n go fa u t o m o b i l ei n v e n t o r ya th o m e ，S On o r m a lf a m i l yw i l lh a v et h ec a ri n t h ef u t u r e I t St h ep o l l u t i o ni nv e h i c l et h a tp e o p l ep u ti n c r e a s i n g l yt h ee y e so nt h i sq u e s t i o n B u tt h e r eh a sn os t a n d a r do ft h ea i rp o l l u t i o na n de x a m i n a t i o nm e t h o di nv e h i c l e s ，S Oi tw i l l r i s eo nd i s a d v a n t a g e st os o m et h i n g s ，s u c ha sp a s s e n g e r s h e a l t h ya n dg o v e r n m e n tw o r ko f c a r r y i n go ns m o o t h l y M e a n w h i l e ，i t sn oe v a l u a t i o nc r i t e r i ao ft h ea i rq u a l i t yt h a tp e o p l e c a n n o tk n o wt h es i t u a t i o nw h e nt h e ya r ed r i v i n gt h ev e h i c l e sa n dt h a tt h e yd o n td e a l i m m e d i a t e l y w i t ht h i ss i t u a t i o n ，f i n a l l y , t h i sw o r s ee n v i r o n m e n td o e sh a r mt ot h e i rh e a l t h y F o ra b o v et h e s eq u e s t i o n s ，f i r s t l yIi n t r o d u c et h em a i nk i n d so fp o l l u t i o ni nv e h i c l e ， r e a s o n sa n dd a n g e r o u si nt h i sp a p e r , s e c o n d l yb a s e do nd e e p l ya n a l y s e st h a ta r ei n f l u e n c e f a c t o r sa n da n a l y t i cm e t h o d s ，i tp u t sf o r w a r ds a m p l i n gc o n d i t i o na n de x a m i n a t i o nm e t h o d T h e nb r i n g sf o r w a r du s i n g2 , 4 - D N P Hd r o p p e r m H i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y , H P L Ca se x a m i n a t i o nm e t h o dt of o r m a l d e h y d ei nv e h i c l e ，a n du s i n ga n a l y t i cm e t h o do fs o l d p h a s ea d s o r p t i o n ，h e a t i n gc o m i n go f fa n dg a sc h r o m a t o g r a p h y m G a sC h r o m a t o g r a p h ya n d M a s sS p e c t r o m e t r y , G C M Ct oo t h e r sV o l a t i l eO r g a n i cC o m p o u n d s ，V O C T h ep a p e rp u t sf o r w a r du s i n gf o r m a l d e h y d e ，b e n z e n e ，t o l u e n e ，x y l e n e ，a c e t a l d e h y d e ， T V O Ca se v a l u a t i o nf a c t o r so fp o l l u t i o nd e g r e ei nv e h i c l eb ya n a l y z i n gt h em a s so f a t m o s p h e r er a n k ，t h ea i rq u a l i t yr a n ki nv e h i c l e ，p o l l u t a n to v e r p r o o f e ds i t u a t i o na n dm a i n p o l l u t a n tt oh u m a nb o d yh a r ms i t u a t i o ni nv e h i c l e T h e ni ta d v a n c e se v a l u a t i o nc r i t e r i ao f e a c ha p p r a i s a lf a c t o ra n da i rq u a l i t yr a n k I ta p p r a i s e st h ea i rq u a l i t yr a n ki nv e h i c l eb y r e v i s i o na i rq u a l i t ye x p o n e n t i a lm e t h o d ，a tt h es a m et i m e ，i ta l s oe x a m i n e sa s s e s s m e n tm e t h o d ， t h i sm e t h o dC a na s s e s sa l m o s tr i g h t l ya i rq u a l i t yi nv e h i c l e T h i sa r t i c l e g i v e st h er e f e r e n c et ot h o r o u g hr e s e a r c h a n dc o n s u m m a t i o np o l l u t a n t e x a m i n a t i o nm e t h o di nv e h i c l e ，a n da s s e s s m e n to fa i rq u a l i t y a n da l s ob r i n g sa b o u tp r o v i s i o n o fr e s e a r c hf o u n d a t i o nf o rf u r t h e rs t u d i e sa b o u tt h ea i r q u a l i t ya p p r a i s a li nt h ev e h i c l e F i n a l l y , t h e r eh a sm a d et h eb r i e fs u m m a r yt ot h i sa r t i c l e ，a n a l y z e dt h ei n s u f f i c i e n c ya n d p u tf o r w a r dt h ep r o p o s a l K e yw o r d s ：p o l l u t i o ni nv e h i c l e ，p o l l u t i o ng a s ，e x a m i n a t i o nm e t h o d ，t h ea i rq u a l i t yi n v e h i c l e ，t h ec o m p o s i t ei n d e xa p p r a i s a lm e t h o d l l 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 论文知识产权权属声明 年月日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 年月日 年月日 长安大学硕l ：学位论文 1 1 汽车车内空气污染的影响 第一章绪论 目前，我国汽车已进入飞速发展阶段，据国家统计局2 0 0 8 年2 月2 8 日发布的2 0 0 7 年国民经济和社会发展统计公报，至2 0 0 7 年末，全国民用汽车保有量达到5 6 9 7 万辆 ( 包括三轮汽车和低速货车1 4 6 8 万辆) ，比上年末增长1 4 3 ，其中私人汽车保有量 3 5 3 4 万辆，增长2 0 8 。民用轿车保有量1 9 5 8 万辆，增长2 6 7 ，其中，私人轿车1 5 2 2 万辆。自2 0 0 6 年起，中国取代日本成为仅次于美国的世界第二大新车消费市场，中国 同时还是仅次于日本和美国的世界第三大汽车生产国。仅2 0 0 6 年我国国内汽车企业推 出了多种新车型，在百余款轿车新车型中，自主品牌就有36 款。随着私人购车量的迅 猛增长，人们在车内度过的时间也越来越多，车内空气污染对人体健康的影响日益显现 出来，近年来我国已出现多起因汽车内污染引起的民事纠纷案件。 汽车车内空气污染会使人产生头痛、头晕、恶心、咳嗽等症状，影响人的心情和注 意力，久而久之会引起一些疾病甚至造成死亡。早在在1 9 8 3 年T o n k e l a a r 就曾经指出， 不管是在城镇道路还是高速路上，汽车车内污染是离公路5 0 - 1 0 0 m 处污染的1 8 倍。而 H i c k m a n 于1 9 8 9 年在研究人暴露在一氧化碳和氮氧化物环境中的文章里指出，据来自 英、欧、美的资料显示，驾驶员和乘客受到的污染比行人和骑自行车的人高1 0 倍。 汽车内空气污染源有多方面，主要包括汽车内饰材料所释放的苯、甲醛、二甲苯， 汽车发动机燃烧产物中的C O 、H C 、N O x ，汽车空调系运行产生的胺、烟碱以及汽车内 的细菌和由车外进入的可吸入性颗粒等。 2 0 0 4 年4 月，由中国科协工程学会联合会汽车环境专业委员会组织发起的“首次汽 车内环境污染情况调查活动 历时近一个月，在接受调查的1 1 7 5 辆汽车中，2 0 0 3 年以 后购置的新车为1 0 6 8 辆，另外有1 0 7 辆1 9 9 4 年5 月至2 0 0 2 年1 2 月之间的旧车接受了 调查检测。车型范围涵盖时下热销的高、中、低各档次车辆共9 1 款，涉及3 8 家国内汽 车生产厂和6 家国际著名汽车厂。结果表明，有9 3 8 2 的车内环境存在不同程度的污 染情况，这无疑给汽车消费者和汽车生产、经营者敲响了一记警钟。调查结果显示，有 5 2 辆车全部检测项目均达到本次调查活动参照标准室内空气质量标准 ( G B 厂r 1 8 8 8 3 2 0 0 2 ) ，占已测总数的6 1 8 。在接受调查的新车中，存在有害物质甲醛 超标的1 9 0 辆，占被调查新车总数的2 3 4 ；6 1 0 辆车内苯浓度超标，占被调查新车总 第一章绪论 数的7 5 1 ；甲苯超标6 6 3 辆，占被调查新车总数的8 1 6 ；二甲苯超标1 9 9 辆，占被 调查车辆总数的2 4 5 ；一氧化碳超标3 5 8 辆，占被调查车辆总数的3 5 1 ；二氧化碳 超标4 0 辆，占已测总数的4 9 ；总挥发性有机物( T V O C ) 超标5 7 0 辆，占被调查新 车总数的7 0 2 。由此可见，汽车内环境主要污染物质为甲苯，其次为二甲苯、苯、T V O C 和甲醛，这几种有害物质的污染情况均比较严重I 。 另据1 9 9 7 年英国E T A 的综述中指出，小汽车使用者所受到的污染程度比行人、骑 自行车的人及公交车乘坐人员都要剐2 1 。 1 2 国内外汽车车内内空气污染的治理情况 汽车内污染对人体的危害是非常严重的，车内空气污染的浓度在有的时候会比车外 高1 0 倍以上。西方国家从上世纪八九十年代起，就开始关注车内空气污染。美国甚至 把车内污染和室内污染作为人类健康的五大危害之一。有些国家已经制定了车内污染的 相关标准，有些国家则致力于车内污染净化装置的研究。 1 2 1 国外汽车内车内空气污染的治理情况 1 制定车内污染的限定标准 俄罗斯汽车摩托车技术试验和调试科研中心的专家经过多年的研究，确定了车内主 要污染物的种类及其评价方法，制定了P 5 1 2 0 6 - - 9 8 号“车辆车内污染物评价标准及方 法的国家标准，并从1 9 9 9 年开始实施。该标准规定了在车辆工作区内空气污染物的 最高浓度限值以及一次浓度限值。 在新制定的P 5 1 2 0 6 - - 9 8 号俄罗斯国家“车内污染标准 的修订稿( 草案) 中，重 新划分了污染物的种类，并对N O x 中的N O 、N 0 2 进行了分别限定。 澳大利亚按照室内环境标准制定了车内污染的健康标准，德国环保机构为了对车 内污染进行控制，与德国的汽车制造公司一起协调制定了汽车车内环境的相关标准，在 标准中明确限制了车内各种有害气体的浓度与含量，对汽车制造厂依照相关标准对车内 污染进行控制，起到了非常好的效果。 美国联邦政府根据国会通过的法律，如国家交通及机动车安全法、机动运载 车法、机动车情报和成本节约法、噪声控制法及清洁空气法等为依据， 分别授权美国运输部( D O T ) 和美国环境保护署( E P A ) 制定并实施有关汽车安全、环 保和节能方面的汽车法删8 1 。 2 通过一定的技术手段，对车内污染进行净化处理 2 K 鸳人学硕I j 学位论文 日本作为世界上的汽车生产大国，对车内污染也非常重视，光触媒技术是日本发明 的种有效的车内空气清洁技术，该技术通过二氧化钛吸收阳光中的紫外线后，内部电 子被激发，生成的化学活泼性很强的羟基自由基和超氧化物阴离子自由基，具有的极强 氧化能力，能将有害物质转化成二氧化碳、水等无害物质，不会造成二次污染，杀菌效 果可达到9 9 9 9 以上，起到清洁空气的目的。由于清洁效果可保持五年以上，所以在 日本使用很广f 3 1 。 1 2 2 国内汽车内车内空气污染的治理情况 与国外多样有效的车内空气污染治理手段相比，我国目前还没有相关的车内污染检 测标准，只能参照室内环境的检测标准对车内环境进行检测。我国在2 0 0 4 年6 月成立 了汽车内环境质量标准起草的专家小组，2 0 0 4 年7 月启动了车内控制污染物浓度 限值及测量方法的制定工作，2 0 0 5 年5 月3 0 日，国家环保总局在北京召开标准开题 论证会，正式启动国家环保标准车内空气污染物浓度限值及测量方法的制定工作。 标准编制组由从事汽车环保、环境空气质量检测、室内空气质量检测等专业工作的专家 组成。 对于汽车车内污染，目前国内汽车厂家也没有行之有效的解决办法，国内汽车主要 是靠使用一些活性炭吸附、臭氧消毒、车内空气净化装置、汽车氧吧、光触媒喷涂等方 法治理车内污染。 活性炭吸附有害气体是一种物理消毒方法，通过利用活性炭多孔结构，吸附车内有 害气体，达到净化空气目的。 臭氧消毒是利用臭氧来杀灭各种病菌及微生物。臭氧主要用于杀菌消毒，并且使用 后会很快分解成氧气，不会造成车内的二次污染。 汽车氧吧实际上是一种负离子发生器，具有清新空气的功能，能长时间使用，但是 不能对空气进行过滤，功能有限。 空气净化器主要由合成纤维、活性碳、负离子发生器等组成，工作时，先将车内气 体吸入，对其中的异味、粉尘、病菌及各种有害气体进行处理，起到净化空气的目的， 并通过负离子发生器产生负离子，对空气进行清洁。 1 3 本文的主要研究内容 阐述我国汽车车内污染总体情况，找出车内主要污染物的危害、生成原因及来源。 详细介绍国外制定的有关车内污染的相关标准。 3 第一章绪论 本文分析了车内污染气体检测环境条件对污染气体浓度的影响，提出了检测车内污 染气体浓度时，应达到的较为合理的环境条件，并提出采用2 ，4 D N P H 吸附管吸附和 高效液相色谱法作为车内醛类组分的测定方法，对于车内其他挥发性有机物的检测和分 析采用固相吸附、加热脱附与气相色谱一质谱联用的方法。最后本文通过对车内主要污 染物对人体的健康效应，参考国家室内空气质量标准和室内环境质量标准，分 析提出车内空气质量评价因子和评价标准。参考并对比分析大气质量评价方法和室内空 气质量评价方法，提出了利用空气质量指数法作为车内空气质量的评价方法，并根据车 内污的特点对空气质量指数法进行了修正，从而能更好地评价车内空气质量状况。 4 K 安人学硕L 学位论文 第二章汽车车内的主要污染气体及其危害和生成原因 汽车车内空气污染源有多方面，主要包括汽车内饰材料所释放的苯、甲醛、二甲苯 等有害气体，汽车发动机燃烧产物中的C O 、H C 、N O x 等物质，汽车空调系运行产生的 胺、烟碱以及汽车车内的细菌和由车外进入的可吸入性颗粒等。 2 1 汽车车内的主要污染气体的生成原因分析 2 1 1 发动机燃烧产物形成车内污染气体 汽车发动机运行时，其燃烧产物中的C O 、H C 、N O x 等有害气体会通过车窗、车身 缝隙及通风口进入车内，对人体产生危害。在车窗关闭，车内空间相对密封的情况下， 若开空调或采用车内循环模式，则会使有害气体浓度升高，危害更严重。 2 1 2 汽车内装饰材料释放的气体成为车内污染气体 汽车车内的地毯、顶棚、坐垫、脚垫、侧围等采用的各种面料会产生较多甲醛，仪 表板、座椅扶手、车门内板及装饰物覆盖件、电线包皮坐垫等塑料制品，以及橡胶制品、 皮制品和黏结剂等都会产生大量苯、甲醛、二甲苯等有害气体。 苯的主要来源是车内皮革、胶水、油漆、粘合剂、地毯、合成纤维等。 甲苯主要来源于一些粘合剂、香水、油漆、吸烟等。 二甲苯来源于聚酯纤维、粘合剂、油漆、压板制成品和地毯等。 甲醛是一种来源广泛的空气污染物，主要来源于汽车尾气、车内塑料和人造纤维装 饰材料、各种粘合剂、合成树脂、油漆、各种纺织品等等。 2 1 3 其他车内污染物 中国疾病预防控制中心研究发现：空调循环过滤系统内极易产生螨虫、霉菌、胺、 烟碱等，汽车车内5 0 以上的霉菌、7 0 以上的螨虫来自于空调过滤系统。另外，人体 散发的气味和人呼吸时产生的C 0 2 也是车内空气的污染源之一。若人长时间处于封闭的 汽车内，C 0 2 浓度会升高，当C 0 2 浓度达到0 5 时，人会出现头晕、头痛等症状。 可吸入性颗粒物也是车内空气污染的主要来源。空气中的颗粒物中含有很多有毒物 及细菌病毒等，在汽车行驶时，由车窗、车身缝隙等处进入车内，随人的呼吸进入人体， 直径小于1 0 # m 的细微颗粒进入肺部后，会沉积在肺泡上，对人体健康产生长久的影响。 2 2 汽车车内的主要污染气体及其危害 S 第二章汽车车内的主要污染气体及j e 危害和生成原闪 2 2 1 汽车内饰材料所释放的主要污染气体及其危害 1 苯及其危害 苯，俗称天那水，是一种无色至浅黄色透明油状液体，具有强烈芳香气味，沸点为 8 0 1 ，具有易挥发、易燃、蒸汽有爆炸性等特点。苯不溶于水，溶于乙醇、乙醚等有机 溶剂。苯于1 9 9 3 年被世界卫生组织( w H O ) 确定为一种人类的致癌物。 苯通常以蒸汽形式被人体吸入，也可以通过皮肤进入人体。苯可以在肝脏和骨髓中 进行代谢，而骨髓是红细胞、白细胞和血小板的形成部位，故苯进入体内可在造血组织 本身形成具有血液毒性的代谢产物。 暴露于高浓度苯中中枢神经会受到抑制作用，并伴有头痛、恶心、步态不稳、昏迷、 抽搐及心律不整等症状。苯可产生血液毒性，是骨髓毒性剂，1 1 7 1 起再生障碍性贫血和 白血病，严重中毒时可因呼吸和循环衰竭而死亡。当空气中的苯浓度为2 4 O g m 3 时，可 导致人在3 0 m i n 内死亡川。 2 甲醛及其危害 甲醛( H C H O ) 又名蚁醛，无色气体，具有刺激性气味，熔点9 2 0 ，沸点1 9 5 0 ， 气体密度为1 0 6 7 千克立方米，易溶于水和乙醇。其水溶液易挥发，在室温下可放出气 体甲醛，加热时释放速度会加快。被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质。 甲醛可通过饮食、呼吸或皮肤接触等途径进入人体。甲醛可凝固蛋白质，对生物体 有遗传毒性，同时也是一种诱变剂。空气中甲醛浓度达1 2m g m 3 时，可使人大量流泪， 吸入6 0 - - 1 2 0m g m 3 甲醛的空气，可引起支气管和肺部严重损伤。甲醛对人体的危害主 要有以下几个方面： 1 ) 急性毒性作用 表现为对皮肤、眼睛和呼吸道的强烈刺激作用及对中枢神经系统 的麻醉作用。中毒后主要表现为流泪、眼剧痛、喉痒、喷嚏、咳嗽、胸闷等，可引发支 气管炎，全身无力、多汗及头痛，有时发生眩晕、步态蹒跚、痉挛、眼睑及鼻粘膜充血、 声带水肿及夜间咳嗽呼吸困难等。 2 ) 慢性毒性作用接触低浓度甲醛时主要表现为兴奋、震颤、视力障碍、消化功能 降低及面部神经麻痹和坐骨神经区疼痛等。在甲醛浓度为0 0 6 - - 0 0 7m g L 的环境中工 作的人可出现食欲丧失、体重减轻、乏力、持久性头痛、心悸失眠等。 3 ) 对皮肤及黏膜的毒性作用可引起皮肤瘙痒，然后出现丘疹，皮肤破损后生成脓 疱7 1 。 6 K 安人学硕十学位论文 长期接触低浓度的甲醛引起的主要症状是流泪、打喷嚏、7 咳嗽甚至出现眼结膜炎： 鼻炎以及支气管炎等。空气中甲醛浓度若超过国家规定的卫生标准，会对人体健康造成 不同程度的危害。表2 1 列出了不同甲醛浓度对人体健康的影响。 表2 1 不同甲醛浓度对人体健康的影响 浓度( m g m 3 ) 效应 O 0 5 脑电图改变 0 0 6 眼刺激阈 0 0 6 0 1 2 眼、鼻、H 因有刺激 O 0 6 0 2 2 嗅觉刺激阂 0 0 6 1 8 3 0 - - - 一5 0 人群有不适感觉 0 0 6 1 9 2健康成人刺激阂 0 1 2 上呼吸道刺激阂 0 1 6 呼吸道疾病增加 1 0 组织损伤 6 0 肺部刺激 6 0 肺水肿 1 2 0 死亡 3 甲苯及其危害 甲苯为无色液体，有芳香气味，沸点1 1 0 70 C ，脂溶性强，不溶于水，溶于乙醇、 丙酮和乙醚等有机溶剂。 甲苯可通过皮肤、呼吸道和消化道进入人体。高浓度甲苯蒸汽被人体吸入时，可抑 制中枢神经系统，主要表现为头痛、昏迷、疲劳、肌肉无力、眩晕等。 4 二甲苯及其危害 二甲苯常用于制造染料、合成纤维及黏合剂等。二甲苯为无色透明有芳香气味的液 体，易挥发，微溶于水，易溶于乙醇、丙酮和乙醚等有机溶剂。 二甲苯对皮肤有刺激，长期暴露会产生脱脂性皮炎。可作为麻醉剂，能抑制神经系 统，产生疲劳、恶心、头痛、意识模糊、呼吸困难和昏迷等。对神经系统的急性毒性大 于苯和甲苯，但对造血系统不会造成损割刀。 5 挥发性有机物V O C s 根据世界卫生组织定义，挥发性有机化合物V O C s ( V o l a t i l eO r g a n i cC o m p o u n d s ) 是 指在室温下饱和蒸气压大于1 3 3 3 P a ，沸点5 0 - - - - 2 6 0 e C 的各种有机化合物。挥发性有机化 合物主要成分有烷类、芳香烃类、烯烃类、卤烃类、脂类、醛类、酮类及其它等。 从广义上讲，任何液态或固态有机物，在常温和常压下都会自然挥发出有机气体或 蒸汽。汽车车内的装饰材料中，均含有数量不等种类各异的挥发性有机物V O C 。不同的 V O C 对人体具有不同的毒害作用，有些甚至具有强烈的致癌和致突变作用。长期处于含 7 第二章汽下下内的主要污染气体及其危害和生成原闪 有V O C 气体的环境中时，在感官方面会造成视觉与听觉受损，在情感方面会造成神经质、 偏激症、忧郁症和冷淡症等。在认识功能方面，会造成长期和短期记忆混淆迷乱。在运 动功能方面则会造成握力变弱、不协调和震颤。 汽车车内有机气体的成分复杂，对人类健康的危害与其种类和浓度有关。挥发性有 机物V O C 的浓度小于0 2 m g m 3 时，人就感觉不适；浓度等于0 2 - 3 m g m 3 时，人就会觉 得有刺激和不适；浓度大于2 5 m g m 3 时，人除头痛外还会出现其它神经毒性反应【1 2 J 。 表2 2 1 1 4 J 室内有机污染物的分类。 表2 2 室内有机污染物的分类 名称沸点V O C 举例与沸点 高挥发性有机化合 沸点 5 0 0 C 甲烷( 1 6 1 9 C ) 、甲醛( 2 1 9 C ) 、甲硫醇 物( V V O C ) ( 6 9 C ) 、乙醛( 2 0 - o C ) 、二氯甲烷( 4 0 Q C ) 挥发性有机化合物 5 0 9 C 沸点乙酸乙酯( 7 7 Q C ) 、乙醇( 7 8 9 C ) 、苯( 8 0 0 C ) 、 甲乙酮( 8 0 Q C ) 、甲苯( 1 1 0 Q C ) 、三氯乙烷 ( V O C ) 2 6 0 0 - C ( 1 1 3 2 C ) 、二甲苯( 1 4 0 - 。C ) 烟碱( 2 4 7 Q C ) 半挥发性有机化合 2 6 0 9 C 沸点邻苯二甲酸二丁酯( 3 4 0 - 。C ) 、邻苯二甲酸 二( 2 乙已基) 酯( 3 9 0 - o C ) 物( S V O C )4 0 0 - o C 颗粒状有机化合物 4 0 0 - o C 沸点 P C B 、苯并芘 ( P O M ) 2 2 2 汽车发动机燃烧产物及其危害 1 C O 及其危害 C O 为无色、无气味、无刺激性的有毒气体。 C O 对人体有强烈的毒害作用。C O 血红蛋白的亲和力是氧的2 0 0 - 3 0 0 倍。C O 经呼 吸道进入肺部后，可与血液中的血红蛋白形成稳定的H b C O ，妨碍了血液正常的输氧功 能，使人体的组织器官不能及时获得氧，影响其正常功能。同时，C O 还能抑制和减缓 氧的释放能力，加重组织缺氧。 C O 的危害主要表现在以下几个方面： 1 ) 对神经系统的影响当空气中的C O 浓度有轻微升高时，就可引起人的行为能力 改变和工作能力下降。当血液中H b C O 含量为2 时，人的时间辨别能力发生障碍；H b C O 含量为3 时，人的警觉性会降低：含量为5 时，视觉和对光敏感度降低；含量为7 时，发生轻度头痛；含量1 2 时，会发生中度头痛和眩晕；含量为2 5 时，会发生严重 头痛和眩晕；含量为4 5 - - 6 0 时，人会出现意识模糊和昏迷：而当含量达7 0 时，人 会出现痉挛甚至死亡。 8 长安人学硕 ：学位论文 2 ) 对心血管系统的影响C O 会引发和加重心血管疾病。当血液中H b C O 的含量为 2 0 - - - - 3 0 时，约3 5 5 的人会患上心瓣膜病和动脉硬化性心脏病【7 1 。 车内C O 对人的影响情况见表2 3 1 8 1 。 表2 3 车内C O 对人的影响 在车内的浓度( m g m 3 ) 持续时间( m i n )危害 62 5 降低眼睛对颜色的敏感 3 01 8 0 降低对空间的感受能力及夜间的视觉 5 0 6 01 2 0降低听力及改变心电图 2 氮氧化合物及其危害 汽车发动机排放的氮氧化合物主要指的是和N 0 2 。N O 在低浓度时对人体影响不明 显，但高浓度的N O 可引起人的中枢神经系统障碍。N O 可氧化成毒性较大的N 0 2 等其 他氮氧化合物。N 0 2 是一种褐色的有刺激性臭味的气体，可与血液中的血红蛋白作用， 成为变性血红蛋白，使血液的输氧能力下降，导致人体组织一定程度的缺氧。不同浓度 的N 0 2 对人体及生物的影响见表2 4 【9 1 。 3 碳氢化合物 碳氢化合物主要是发动机的燃料未燃烧或未完全燃烧及燃烧过程中部分被分解的产 物。其中包括苯、醛、酮、烯烃等2 0 0 多种复杂成分，大量的碳氢化合物，会破坏人体 造血机能，导致神经衰弱，并使人的抵抗能力下降。碳氢化合物的危害程度与其中有毒 气体成分的浓度有关，其中的苯丙芘及硝基烯是强到癌物，烃类还可与与氮氧化合物在 阳光的紫外线作用下，生成过氧化物光化学烟雾。 表2 4N 0 2 对人的影响 N 0 2 浓度1 0 击 危害程度 0 5 连续3 月 1 2 个月，患支气管炎部位有肺气肿出现 1 0闻剑臭味 2 5 超过7 小时可使西红柿等作物叶子变白色 5 O 闻到强烈臭味 5 0 鼻、呼吸道受刺激，1 分钟之内，人的呼吸异常 8 0 3 - - 一5 分钟可引起胸痛、恶心、咳嗽，引起肺水肿 1 0 0 - 1 5 0 人在3 0 6 0 分钟时，因肺水肿而引起死亡 2 3 国内汽车各种内饰品的主要材料 9 第二章汽车车内的主要污染气体及j e 危害和生成原闪 2 3 1 塑料材料在汽车内饰中的应用 内装饰件的应用特点是安全、环保和舒适，其主要制件有仪表板、车门内板、副仪 表板、杂物箱盖、座椅及各类护板等。塑料制品主要应用在仪表板、门内板、座椅、顶 后侧围板、地毯等内饰件中。汽车常用塑料品种及用途见表2 5 1 1 0 l 。 表2 5 汽车常用塑料品种及用途如 塑料种类塑料名称用途 其中P P 是塑料中密度最小的。用丁耐热要 求不是很苛刻、装饰件、非功能件的部位。 通用塑料P E 、P P 、P V C 、P S 、A B S 、P M M A 可通过增强和增韧改性提高耐热和机械性 能。可注塑、挤出、吹塑、热压成型。 通用上程塑 P O M 、P C 、P A 、饱和聚酯( P E T 、 用于耐热和综合强度要求高的功能件，可 P B T ) 、P U R 、P P O 、P F ( 酚 替代金属制作汽车零件。可注塑、热压、 料 模压成型。 醛) 及玻纤增强的复合材料 特种工程塑 聚苯硫醚( P P S ) 、聚砜( P S U ) 、 用于对耐热和强度要求苛刻的功能件、结 聚酰亚胺( P I ) 、聚四氟乙烯 构件。价格高、成型性差。可注塑、模压 料成型。 ( P T F E ) 纤维增强热塑型：G M T ( P P 、P A 等) 用于功能件、结构件。 复合材料热吲型：S M C 、B M C 、D M C 、 可模压、注塑、冲压和低压浇铸成型。 R T M 等 泡沫塑料P U R 、P P 、P E 泡沫材料 主要用于缓冲、减震、隔音降噪方面。 2 3 2 汽车仪表板的材料 仪表板是汽车最主要的内饰件，目前除少量采用金属制造外，几乎全部用塑料制造。 汽车仪表板有硬质仪表板和软质仪表板之分，硬质仪表板多使用在轻、小型货车或客车 上，这种仪表板尺寸大无蒙皮，表面质量要求高，目前采用P P 材料制造仪表板总成外 壳已成主流，一般采用P P 、P C 、A B S 、A B S P C 等一次性注射成型。仪表板骨架可选用 P C A B S 、P P 、S M A 、P P O ( P P E ) 等改型材料，其它零件根据要求可选择A B S 、P V C 、 P C 、P A 等材料。 软质仪表板由表皮、骨架、缓冲材料等三部分构成。表皮一般采用P V C A B S 或P V C 片材，如一汽捷达，上海桑塔纳轿车。中高档次轿车上采用粉末P V C 搪塑成型仪表板 表皮，如一汽奥迪、小红旗轿车。骨架可采用钢板、A B S P C 、改性P P 、F R P 等材料。 填充层通常采用聚氨酯泡沫。仪表板常用材料见表2 6 【1 0 l 。 1 0 长安人学硕I ：学位论文 表2 6 汽车仪表板常用材料 装饰罩 A B S 仪表罩 控制板总成 P P T V 2 0 杂物箱 P P T V 3 0 8 8 8 仪表板侧盖 中护板仪表板 P P 下护板总成一仪表板 放物盒总成 侧出风口总成表板 P V C A B S + P U R 泡沫+ 0 8 钢板 防护罩总成仪表板 A B S 2 3 3 汽车座椅及座垫的材料 汽车座椅一般由3 层材料构成：表层一般为真皮、P V C 人造革及聚酯纤维等材料， 其中聚酯纤维材料占的比例较大；中间层是海绵或P U 泡沫填充层，底层是由聚酯纤维 或聚氨酯网眼覆盖。 乙烯基聚合物、亚乙烯基氯化物、尼龙、P V C 材料、涤纶、皮革等相继用作汽车座 椅包覆面料。我国用于汽车座椅的面料通常有机织布、针织布和皮革三大类。机织布又 分为机织平布、机织绒布；针织布又分为针织平布、针织绒布；皮革又分为天然皮革、 人造皮革。目前，我国汽车座椅面料应用得较广泛的为机织平布和针织绒布，高档轿车才 配置真皮或机织绒布。 2 3 4 轿车顶棚及侧后围板的材料 顶棚及侧后围护板是汽车顶盖及侧后围上用于进行装饰、隔热、音、吸音等方面的 零件，这就要求在设计过程中充分考虑此方面的问题。一般情况下对于轿车产品多采用 “三明治 的结构，即包括表面层、增强层、隔热吸音层、背层等。轿车顶棚一般由 饰面层、泡沫层和基底层组成。基底层多采用P U 或P P 发泡片材、瓦楞纸、浸过树脂的再 生棉或玻璃纤维等；泡沫层多采用硬质聚氨酯泡沫塑料；饰面层多采用织物、T P 0 或P V C 膜等。 卡车多采用复合结构，即包括表面层和增强隔热吸音层等，在这方面多采用织物+ 玻纤+ P U R 泡沫板( 再生纤维毡、麻纤维毡) 等材料，如基板采用等面密度不同截面 第_ 二章汽车乍内的主要污染气体及) 危害和生成原闪 尺寸的结构，比采用等面密度等截面的结构具有更佳的隔热、隔音效果。汽车顶棚及侧 后围板常用材料见表2 7 【1 0 1 。 表2 7 汽车顶棚及侧后围板常用材料 左右侧同护板总成织物+ 玻纤布+ P U R 半硬泡+ 玻纤布+ 无纺布 左，右侧嗣F 护板总成P V C 革+ P U R 泡+ 纤维板 后同内护极总成 织物+ 玻纤布+ P U R 半硬泡+ 玻纤布+ 无纺布 后嗣上护板总成织物+ 玻纤布+ P U R 半硬泡+ 玻纤布+ 无纺布 后围压条总成P V C 革+ P U R 泡沫 2 3 5 车门内饰板材料 门内饰板须满足多种功能要求，因此需要采用多种材料，一般情况下包括基板和装 饰面料。内饰板必须和仪表板一样能承受高的冲击载荷。门内饰板材料：纤维板( 再生 纤维板、麻纤维板、木粉板) ；中间层材料：P U R 泡沫、P P 或P E 泡沫；装饰面料：采 用织物、P V C 人造革膜。车门内饰主要材料见表2 8 t 1 0 1 。 表2 8 汽车车门内饰常用材料 门坎前部护板 P P 门坎后部护板 门内饰板总成P V C 膜+ P P 泡沫+ 纤维板 门框内护条总成软P V C 车门窗内密封条总成 植绒P V C 左右门上梁护板总成P V C 8 ；P U R 8 ；纤维板 门拉手总成软质P V C + 金属骨架+ P P 盖 2 3 6 汽车密封条的材料 汽车密封条的材料主要为橡胶，通过挤压成型或者注射成型等方法制成。如耐臭氧 老化的三元乙丙橡胶( E P D M ) 、具有良好耐臭氧性能及良好耐老化性能的氯丁橡胶 ( C R ) 、聚氯乙烯( P V C ) 、合成橡胶改性聚丙烯( P P E P D M ) 等。有时还需要选用并 用橡胶，如天然橡胶( N R ) 与C R 及丁苯橡胶( S B R ) 三种橡胶并用等。 2 3 7 汽车地毯、脚垫 汽车地毯、脚垫通常采用T P R 、T P V 、P V C 及涤纶、晴纶、丙纶纤维等。 常用材料特性主要的仪表板塑料材料有聚氯乙烯和A B S 树脂。( 1 ) 硬质聚氯乙 烯相对密度为1 3 8 1 4 3 k g m 3 ，约为钢重量的1 5 。机械强度高，电性能优良，对酸 1 2 长安人学硕J ：学位论文 碱抵抗力极强，化学稳定性很好。其耐热性低，线膨胀系数比较大。硬质聚氯乙烯主要 缺点是热稳定性差，受热引起不同程度的降解。( 2 ) 软质聚氯乙烯在组分中加入大 量的增塑剂，就可以制得柔软而富于弹性的软制聚氯乙烯。由于增塑剂的加入，使塑料 的可塑性、柔软性增高，但却使力学性能下降。软质聚氯乙烯对应变敏感，变形后不能 完全复原；其耐热性比硬质聚氯乙烯更差，且在低温时变脆，但加入增塑剂可使耐寒性 得到改善。( 3 ) A B S 树脂不透明、着色性好、无毒无味、不透水、略透水蒸气、吸 水率低，不易燃烧。A B S 树脂有极为优良的抗冲击强度，在低温下也不会迅速下降。也 有较好的抗蠕变性能和耐磨性。A B S 树脂的电性能在较大的频率变化范围内很稳定， 且温度、湿度对其电性能影响小。A B S 树脂对水、无机盐、碱和酸类几乎无影响。 2 4 本章小结 本章详细介绍了车内主要污染物的特性及对人体的危害，同时介绍了国内汽车内饰品主 要采用的材料，及这些内饰材料产生的污染气体情况。 1 3 第三章汽车车内主要污染气体浓度标准 第三章汽车车内主要污染气体浓度标准 从上世纪八九十年代起，西方国家己开始重视车内空气污染，并进行了深入研究。 各国都制定了相应的法规或采取措施来控制车内空气污染。俄罗斯制定了P 5 1 2 0 6 - - 9 8 号“车辆车内污染物评价标准及方法”的国家标准，并从1 9 9 9 年开始实施；澳大利亚按 照室内环境标准制定了车内污染的健康标准；德国环保机构与德国的汽车制造公司一起 协调制定了汽车车内环境的相关标准；美国联邦政府根据国会通过的法律，分别授权美 国运输部( D O T ) 和美国坏境保护署( E P A ) 制定并实施有关汽车安全、环保和节能方 面的汽车法规。 3 1 国外汽车车内主要污染气体的浓度标准 3 1 1 俄罗斯关于车内污染气体的浓度标准 俄罗斯汽车摩托车技术试验和调试科研中心的专家经过多年的研究，通过不断的试 验探索，确定了汽车车内主要污染物的种类，制定了车内污染物的评价方法，制定了 P 5 1 2 0 6 - - 9 8 号车辆车内污染物评价标准及方法，并从1 9 9 9 年开始实施。这个标准 是以司机把驾驶室作为工作区的前提下所制定的车内污染标准，俄罗斯国标所规定的车 内污染最高浓度限值及一次浓度限值见表3 1 f 8 1 。 表3 1 俄罗斯国标所规定的车内污染最高浓度限值及一次浓度限值( m m 3 ) 污染物最高浓度限值一次浓度限值 燃料种类 C O2 05 所有 N O 5 0 4所有 N 0 220 0 8 5 所有 限定的H C C 1 一C 1 03 0 0 所有 C