高速动车组司机台面板挥发性有机物管控研究_夏常凯.pdf

第期 年月 研究开发文章编号：（）高速动车组司机台面板挥发性有机物管控研究夏常凯，焦明礼，侯照展，宋彬（中车青岛四方车辆研究所有限公司，山东 青岛 ）摘要：本研究适用于高速动车组司机台面板产品，采用了正向研究的方法，从材料源头、成型工艺、后处理措施等环节进行管控研究。通过对现有面板产品进行环保试验，分析总结影响环保的主要因素，进而针对性地对原材料进行对比试验分析，并优选和确认各材料品牌及规格型号，同时对面板的成型工艺过程进行优化。试验结果显示：司机台面板制品的主要物质为苯系物、酯类、醛酮类。通过材料对比分析，同类材料不同品牌可适当降低挥发性有机化合物（）含量，树脂和胶黏剂更换为环氧类、油漆更换为水性漆可显著降低 含量。通过烘烤晾晒后，制品 的含量可明显降低 ，其中酮类、胺类物质最为显著，其次为醇类物质、苯类物质、酯类物质。通过对制品 材料溯源、优选、替换、优化工艺及后处理等试验，探讨了材料优选和后处理工艺对 的改善效果。关键词：高速动车组；司机台；面板；挥发性有机物；环保管控中图分类号：文献标志码：，（，）：，（），：；收稿日期：第一作者：夏常凯（），男，工程师。近年来，轨道交通日渐成为人们出行的首选工具，符合社会的快速发展，能够显著缓解城市交通压力，促进国内经济内循环和外循环的不断发展。随着全球环境保护意识和我国环境保护意识的不断提高，轨道车高速动车组司机台面板挥发性有机物管控研究夏常凯，焦明礼，侯照展，宋彬辆的车内空气质量越来越被重视。影响轨道车辆车内空气质量的主要来源是挥发性有机化合物（），是指室温下饱和蒸气压超过了 的有机物，其沸点在 ，在常温下以蒸发的形式存在于空气中，它的毒性、刺激性、致癌性和特殊的气味性，会影响皮肤和黏膜，当 达到一定浓度时，对人体产生急性损害。动车组司机台主要用于操纵、控制列车，并布置和容纳各种经常用到的元件以及驾驶列车所需要的元件。随着列车速度的不断提高，轨道承受的负荷及能耗将随之增大，树脂基复合材料司机台的轻量化成为一个迫切需要研究的关键技术之一。为解决司机台面板异味问题，目前主要采取车辆内部活性炭吸附、除味硅胶吸附、分子筛物理吸附、光触媒降解等方法，但这些方法未能从根本上解决空气质量问题，也不能从源头上找到空气有害物质组成成分。本文针对高速动车组司机台面板，选取袋式法分别分析零部件释放的 种类和浓度。通过原材料的溯源、优选、替换、优化成型工艺及后处理等试验，探讨了材料优选和后处理工艺对司机台面板 的改善效果。试验部分试验仪器 气质联用仪、高效液相色谱仪、（）采样袋法 测试舱。试验制品选取和预处理选取司机台内完全暴露的制品及各原材料作为研究对象。测试前，将样品放置在温度 的环境下进行 预处理。试验方法参考轨道车辆内装件及材料释放挥发性物质的袋式筛选法，将测试样品放入测试袋中，恒温 保持 ，之后用 与 采样管 分 别 对 和甲醛进行采样，并使用热脱附 气相色谱 质谱联用技术（）进行最终分析，图为采样装置。图采样装置示意图 管和 管的采样条件应满足表的要求。表采样管捕集条件项目醛酮类苯系物等 捕集管 管 管采集流量（）采集时间 采集体积 重点物质分析对于制品或原材料的 ，分别测定其物质浓度，并对 贡献较大的前 种物质，按照浓度由大到小进行排序，然后将它们作为制品或原材料的重要挥发物质。挥发性有机物溶度评估方法 （）（）式（）中：样件 挥 发 浓 度，单 位；用甲苯的响应系数计算得到的 之间化合物质量，单位；空白采样袋中采样管采样得到的挥发性有机物的质量，单位 ；采样体积，单位；是利用 或 采样，根据非极性色谱柱（极性指数小于）进行分析，保留时间在正己烷和正十六烷之间的挥发性有机化合物。通过选取轨道车辆内部典型零部件，结合其主要组成材料进行试验分析，以期进行溯源。结果与讨论制品 溯源选取司机台内完全暴露的制品，实芯制品、夹芯制品两种类型制品，每种类型制品又拆分为毛坯、胶黏剂、腻子、油漆等，对样板分别进行测试，并对试验检测结果进行排序和对比分析，找出各制品主要 物质（占总 含量 以上的物质）和对 贡献较大的原材料。实芯制品按选材不同，分成两组进行试验：（）实芯制品根据上述溯源方法，筛选出影响成品 最大的物质（、条件下）。影响物质中按出现频率第 卷第期 年月由大到小分别属于酯类、苯系物质，酯类物质（）占比，苯系物质（）占比。酯类以甲基丙烯酸甲酯、丙二醇甲醚醋酸酯、乙酸丁酯的贡献作用最大，苯系物以苯乙烯、二甲苯、，二甲基对甲苯胺贡献作用比较突出。对实芯制品 贡献最大的原材料为胶黏剂，占比，其次为毛坯、腻子，分别占比、，各原材料 物质含量详见表。表实芯制品 物质含量表检测物质成品毛坯胶黏剂腻子油漆甲基丙烯酸甲酯 苯乙烯 二甲苯 丙二醇甲 醚醋酸酯乙酸丁酯 ，二甲基对甲苯胺 数值 （）实芯制品根据上述溯源方法，筛选出影响成品 最大的物质（、条件下）。影响物质中按出现的频率由 大 到 小 分 别 属 于 苯 系 物、醛 酮 类，苯 系 物 质（）占比，醛酮类物质（）占比；苯系物以二甲苯、乙苯、乙基甲苯的贡献作用最大，醛酮类物质以丁酮贡献作用比较突出。对实芯制品 贡献最大的原材料为毛坯，占比，其次为油漆，占比，各原材料 物质含量详见表。表实芯制品 物质含量表检测物质成品毛坯胶黏剂腻子油漆二甲苯 丁酮 乙苯 乙基甲苯 数值 夹芯制品按选材不同，分为两组进行试验：（）夹芯制品根据上述溯源方法，筛选出影响成品 最大的的物质（、条件下）。影响物质中按出现的频率 由 大 到 小 分 别 属 于 苯 系 物、酯 类，苯 系 物 质（）占比，酯类物质（）占比；苯系物质以苯乙烯、二甲苯、乙苯贡献作用比较突出，酯类以甲基丙烯酸甲酯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯的贡献作用最大。对夹芯制品 贡献最大的原材料为毛坯，占比 ，其次为腻子、油漆，分别占比、，各原材料 物质含量详见表。表夹芯制品 物质含量表检测物质成品毛坯胶黏剂腻子油漆苯乙烯 甲基丙烯酸甲酯 二甲苯 乙酸丁酯 丙二醇甲醚醋酸酯 乙苯 数值 （）夹芯制品根据上述溯源方法，筛选出影响成品 最大的的物质（、条件下）。影响物质中按出现频率由大到小分别属于苯系物、酯类，苯系物质（）占比，酯类物质（）占比；苯系物以二甲苯、，三甲基苯、均三甲苯、乙基甲苯、乙基甲苯、联三甲苯贡献作用比较突出，酯类以丙二醇甲醚醋酸酯的贡献作用最大。对夹芯制品 贡献最大的原材料为油漆，占比，其次为腻子，占比，各原材料 物质含量详见表。表夹芯制品 物质含量表检测物质成品毛坯胶黏剂腻子油漆丙二醇甲醚醋酸酯 二甲苯 ，三甲基苯 均三甲苯 乙基甲苯 乙基甲苯 联三甲苯 数值 结合几种不同材料制品综合分析，影响制品的主要物质均以苯系物、酯类、醛酮类为主，且苯系物质以二甲苯、乙苯、苯乙烯为主，酯类物质以甲基丙烯酸甲酯、丙二醇甲醚醋酸酯、乙酸丁酯为主，醛酮类物质以丁酮为主。不同制品的最大影响原材料存在差异，分别为毛坯、胶黏剂、腻子、油。同类制品不同原材料的影响物质含量也存在较大差别，说明选用不同原材料可改变成品的 含量。高速动车组司机台面板挥发性有机物管控研究夏常凯，焦明礼，侯照展，宋彬制品 改善各原材料 对比对上述制品 贡献较大的原材料，针对该原材料进行优选替换，按照相同工艺分别制样和试验检测，筛选出相对环保的原材料，详见表。表原材料 含量对比表检测物质原材料对比材料对比材料对比材料对比材料胶黏剂 树脂 腻子 油漆 经过试验研究分析，不同原材料的 含量相差巨大。胶黏剂原材料为丙烯酸类，通过更换同类不同品牌的胶黏剂（对比材料、），结果显示 可降低，但 数值仍然较高；更换环氧胶黏剂后（对比材料、），可降低。树脂原材料为不饱和聚酯类，通过更换同类不同品牌的树脂（对比材料、），结果显示 可降低，但 数值仍然较高；更换环氧树脂后（对比材料、），可降低。腻子原材料为不饱和聚酯类，通过更换同类不同品牌的树脂（对比材料、），结果显示 可降低。油漆原材料为油性漆，通过更换同类不同品牌的树脂（对比材料、），结果显示 可降低；更换水性漆后（对比材料、），可降低。结合几种不同原材料综合分析，环氧胶黏剂明显优于丙烯酸胶黏剂，环氧树脂明显优于不饱和聚酯树脂，水性漆明显优于油性漆，腻子选用同类不同品牌可适当降低 含量。烘烤晾晒影响通风晾晒降低的是环境中的 总量，直接影响材料气固界面的分离系数，通过材料内部和表面形成的浓度差来增加材料内部的扩散效果。单纯的通风晾晒需要较长的时间才能对 有改善效果。高温烘烤会加速环境中的 浓度升高，结合排风处理（通风晾晒）工艺一起进行，可快速减少材料本身 的残留。随烘烤温度的升高、时间的延长，制品本身 浓度衰减至合格状态所需要的时间越短。通过调研研究发现，现阶段烘烤晾晒处理工艺效果相对较明显，现阶段试验主要研究烘烤晾晒后处理工艺对 的影响。实芯制品一般采用不饱和聚酯树脂体系制作，可承受的烘烤温度一般为 左右。第一次测试为制品制作完成后未经过烘烤处理；第二次测试，增加烘烤晾晒（、烘烤、晾晒，个循环）。根据实验结果显示，晾晒后 可降低 ，其中苯类物质占 ，酯类物质占 ，醇类物质占 ，详见表。表实芯制品烘烤前后 物质及含量对比表检测物质烘烤前烘烤后降低数值降低百分比甲基丙烯酸甲酯 苯乙烯 正丁醇 二甲苯 ，二甲基对甲苯胺 乙苯 乙酸丁酯 丙二醇甲醚醋酸酯 丙二醇甲醚 苯基丙烯 夹芯制品一般采用环氧树脂体系制作，可承受的烘烤温度一般为 左右，但考虑到胶黏剂、腻子、涂料等材料老化，烘烤设备、能耗利用率等方面的限制，一般建议烘烤温度在 左右。第一次测试为制品制作完成后未经过烘烤处理；第二次测试为增加烘烤晾晒（、烘烤、晾晒，个循环）。根据实验结果显示，晾晒后 可降低，其中醇类物质占，胺类物质占，酯类物质占，苯类物质占，酮类物质占，详见表。表夹芯制品烘烤前后 物质及含量对比表检测物质烘烤前烘烤后降低数值降低百分比苯甲醇 ，二甲基甲酰胺 甲基丙烯酸甲酯 十九烷醇 苯乙烯 二甲苯 环庚三烯酮 丁酮 苯甲醛 结合两种类型制品综合分析，通过烘烤晾晒后，制第 卷第期 年月品 的含量可明显降低 ，其中酮类、胺类物质最显著，可降低约 ，醇类物质其次，可降低约 ，苯类物质可降低约 ，酯类物质可降低约 。烘烤晾晒后制品 含量可维持在 左右。管控措施成型工艺实芯制品一般采用手糊和真空导入工艺制作，夹芯制品一般采用真空袋压和模压工艺制作 ，根据选用原材料不同，分别对成型固化温度和时间进行管控。实芯制品材料按照表并结合表进行材料优选；不饱和聚酯类制品，树脂固化建议 烘烤（）烘烤，脱模后处理建议 烘烤、个循环；环氧类制品，树脂固化建议 烘烤（）烘烤。夹芯制品材料按照表并结合表进行材料优选；制品固化建议 烘烤（）烘烤。粘接工艺材料按照表进行材料优选；丙烯酸类胶黏剂，固化建议 烘烤晾晒 ，固化后建议 烘烤；环氧类胶黏剂，固化建议 烘烤晾晒。表面处理材料按照表进行材料优选；腻子固化建议 烘烤 ，固化后建议 烘烤；油漆每遍喷涂固化均建议 烘 （）烘烤。后处理不饱和聚酯类制品，建议 烘烤且晾晒，进行个循环；环氧类制品，建议 烘烤且晾晒，进行个循环。包装包装材料，内部选用透气医用无纺布，外部选用 海绵包装，包装箱侧面和底面需预留通风孔，包装后产品不得完全封闭，要便于 物质挥发。结论本文对轨道交通司机室司机台材料挥发性有机物散发情况进行研究，选取司机台内完全暴露的两种典型代表性材料（实芯制品、夹芯制品），采用袋式法分析制品释放的 种类和浓度。司机台面板制品的主要物质以苯系物、酯类、醛酮类为主，且不同类型制品的最大影响原材料存在差异，分别为毛坯、胶黏剂、腻子、油漆。通过材料对比分析，同类材料不同品牌可适当降低 含量，树脂和胶黏剂更换为环氧类、油漆更换为水性漆可显著降低 含量。通过烘烤晾晒 后，制品 的 含量可 明 显 降 低 ，其中酮类、胺类物质最显著，其次为醇类物质、苯类物质、酯类物质。通过对制品 材料的溯源、优选、替换、优化工艺及后处理等试验，探讨了材料优选和后处理工艺对 的改善效果。该方法基于客观 检 测 数 据，使 得 结 果 更 为 科 学 准 确，改