轨道车辆玻璃钢制品环保性能提升技术_王咏祥.pdf

第4 1卷 第3期V o l.4 1 N o.3材 料 科 学 与 工 程 学 报J o u r n a l o fM a t e r i a l sS c i e n c e&E n g i n e e r i n g总第2 0 3期J u n.2 0 2 3文章编号:1 6 7 3-2 8 1 2(2 0 2 3)0 3-0 4 2 5-0 4轨道车辆玻璃钢制品环保性能提升技术王咏祥1,卜繁强2,窦 磊2,王庆文2,朱梅奇2,黄 建2,赵吉君2,罗 金2,黄德明2,王 哲2(1.广电计量检测集团股份有限公司,广东 广州5 1 0 6 5 6;2.长春轨道客车股份有限公司工程研究中心,吉林 长春1 3 0 0 6 2)【摘 要】本研究利用袋式法探究了玻璃钢制品中挥发性有机物(VO C)随烘烤温度、次数及常温通风时间变化的释放规律。研究结果表明,升高烘烤温度,可加快玻璃钢制品中VO C的释放,且针对玻璃钢制品较优后处理措施为:6 5烘烤6h后室外(2 5左右)通风凉放至少1 5d。【关键词】玻璃钢制品;轨道车辆;VO C;袋式法中图分类号:T B 3 3 2 文献标志码:AD O I:1 0.1 4 1 3 6/j.c n k i.i s s n 1 6 7 3-2 8 1 2.2 0 2 3.0 3.0 1 3I m p r o v e m e n tT e c h n o l o g yo fE n v i r o n m e n t a lP r o t e c t i o nP e r f o r m a n c eo fF R PP r o d u c t s f o rR a i lV e h i c l e sWA N GY o n g x i a n g1,B UF a n q i a n g2,D O UL e i2,WA N GQ i n g w e n2,Z H U M e i q i2,H U A N GJ i a n2,Z H A OJ i j u n2,L U OJ i n2,H U A N GD e m i n g2,WA N GZ h e2(1.G r gM e t r o l o g y&T e s tG r o u pC o.,L t d.,G u a n g z h o u5 1 0 6 5 6,C h i n a;2.E n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e ro fC r r cC h a n g c h u nR a i l w a yV e h i c l e sC o.,L t d.,C h a n g c h u n1 3 0 0 6 2,C h i n a)【A b s t r a c t】T h i ss t u d yu s e dat e d l a rb a gm e t h o dt oi n v e s t i g a t et h er e l e a s ep a t t e r n so fv o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d(VO C)i nF R Pp r o d u c t sw i t ht h ec h a n g eo fb a k i n gt e m p e r a t u r e,t i m ea n dn o r m a lt e m p e r a t u r ev e n t i l a t i o nt i m e.T h er e s u l t ss h o wt h a t i n c r e a s i n gt h eb a k i n gt e m p e r a t u r ec a na c c e l e r a t e t h er e l e a s eo fVO Ci nF R Pp r o d u c t s.T h eb e t t e rp o s t-p r o c e s s i n gm e a s u r eo fF R Pp r o d u c t sw a sa s f o l l o w s:a f t e rb a k i n ga t6 5f o r6h,v e n t i l a t i n ga n dc o o l i n go u t d o o r(a b o u t 2 5)f o ra t l e a s t 1 5d.【K e yw o r d s】F R Pp r o d u c t s;R a i l v e h i c l e;V o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d;T e d l a rb a gm e t h o d收稿日期:2 0 2 1-0 7-0 7;修订日期:2 0 2 1-1 0-1 7作者简介:王咏祥(1 9 8 9),男,博士,主要从事非金属材料环保性能检测方面研究。E-m a i l:w a n g y x 2g r g t e s t.c o m。通信作者:卜繁强(1 9 8 9),男,博士,主要从事轨道车辆空气质量管控方向。E-m a i l:b u f a n q i a n g c c c a r.c o m.c n。1 前 言 近年来,轨道车辆车内空气质量越来越为人们所关注。而车内空气中挥发性有机物(v o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d s,VO C)主要由玻璃钢制品、胶合板、蜂窝板、地板布、座椅、涂料、胶黏剂等内装非金属部件释放产生,对其环保性能进行有效管控,可以从源头上提升车内空气质量1-2。现阶段提升轨道车辆内装非金属部件环保性能的方式主要有两种,一种是进行产品材料配方调整或相关生产工艺改进3-4,但往往周期过长或成本较高;另一种是对成品进行烘烤通风、自然通风放置处理5-6,但这种处理措施因部件材料种类不同而有明显差异,具体实施时应综合考虑处理效果和成本,选取合适的处理方式。玻璃钢制品是轨道车辆内用量广泛的重点管控部件,现阶段通常采取6 0烘烤6h后室外通风凉放2d的两轮处理措施,但处理效率往往不足5 0%7。为此,本研究以玻璃钢制品为研究对象,利用袋式法8探究不同烘烤温度、次数及常温通风时间对玻璃钢制品中V O C释放的影响,从中优选出较有效的后处理措施。2 实 验2.1 材料 甲醇:农残级,纯度9 9.9%;乙腈:H P L C级,纯度9 9.9%;甲醛-2,4-二硝基苯肼标准物(F-D N P H):纯度9 9.5%;苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、苯乙烯、正己烷和正十六烷:均为分析纯,纯度9 9.5%。所有试剂均为外购。2.2 实验装置 X 2 0 5 B DU型十万分级分析天平;全自动标样制备器;M a r k e sT D 1 0 0-X r型热解析脱附系统;气相色谱质谱联用仪;L C-2 0 A型 高 效 液 相 色 谱 仪;G i l A i rP l u s型恒流空气采样泵;m i n i-B U C K型气体流量校准计;V-MH-5 0型 步 入 式 恒 温 烘 箱;L A B-T 1 1 0型T e n a x管老化仪;装有聚四氟乙烯(P T F E)开关阀的1 0LP V F采样袋;T e n a x-T A管;D N P H管。2.3 试样制备 选取3家不同供应商生产的玻璃钢制品,在中间 部位均匀裁取1 0c m1 0c m样件各4块,分别命名为A1A4、B1B4和C1C4,经相应的烘烤、常温通风放置措施后,利用1 0LP VA袋进行袋式法8测试。2.4 实验方案 首先,对3家玻璃钢制品共1 2块样件进行来样测试,考察各样件的平行性。其次,基于供应商常用烘烤处理措施,探究烘烤温度(5 0、6 0和6 5)、次数对各家玻璃钢制品中前3块平行样V O C释放的影响,以此确定较优的烘烤温度和次数。最后,针对A4、B4和C4样件进行上述较优烘烤处理后的常温通风放置衰减测试,以此确定玻璃钢制品较优的后处理措施。1 2块玻璃钢制品后处理措施见表1。2.5 采样及仪器分析条件2.5.1 采 样 条 件 T e n a x-T A管 采 集 流 量 为 表1 玻璃钢制品后处理措施T a b l e1 P o s t-p r o c e s s i n gm e a s u r e s f o rF R Pp r o d u c t sS a m p l en u m b e rF i r s t t r e a t m e n tS e c o n d a r yt r e a t m e n tA1,B1a n dC1A2,B2a n dC2A3,B3a n dC3A4,B4a n dC4B a k i n ga t5 06 06 5F o r6ha n dv e n t i l a t i o na t 2 5f o r2dB a k i n ga t5 06 06 5F o r6ha n dv e n t i l a t i o na t 2 5f o r2dV e n t i l a t i o na t 2 5f o r3d,7d,1 5d,3 0d,4 5da n d6 0d1 0 0m L/m i n,采 集 时 间1 0 m i n,采 集 体 积 为1 L;D N P H管采集流量为5 0 0m L/m i n,采集时间4m i n,采集体积为2L。2.5.2 测试分析参数 (1)T D S/G C-M S检测参数为:色谱柱U l t r a 25 0m0.3 2mm0.5 2m,热解吸时间(脱附)1 5m i n,热解吸温度(样品管)2 8 0,冷阱捕集温度(收集器,2 0m i n)-3 02 8 0,冷阱升温速度4 0/s,升温程序为初始5 0保持3m i n,以1 0/m i n升温至9 0并保持5m i n,再以1 0/m i n升温至2 8 0并保持3m i n。(2)H P L C检测参数为:A g i l e n tZ o r b a x反相色谱柱4.6mm 2 5 0mm,固定相O D S(粒径5m),流速0.8 1.2m L/m i n,进 样 体 积1 52 5L,柱 温3 5 4 2,D A D检测范围1 9 0 5 0 0n m,定量波长3 6 0n m。3 结果与讨论3.1 玻璃钢制品烘烤处理效果分析 玻璃钢制品收样及经一次、二次烘烤处理后的测试结果如表2所示。由表可知,收样测试的3组玻璃钢制品平行样中甲醛释放量均值分别为0.0 4 1、0.0 7 2和0.0 5 6 m g/m3,其 相 对 平 均 偏 差 分 别 为4.1%、5.1%和1.8%;而各组平行样中T VO C释放量均值分别为4.8 2 9、7.8 5 6和7.0 7 6m g/m3,其相对平均偏差分别为1.9%、0.6%和0.7%,由此说明收样测试的各组玻璃钢制品平行性较好。表2 玻璃钢制品后处理测试结果T a b l e2 T e s t r e s u l t so fF R Pp r o d u c t sa f t e r t r e a t m e n tS a m p l en u m b e rF o r m a l d e h y d eT VO CI n i t i a ls t a t e/(m gm-3)F i r s tt r e a t m e n t/(m gm-3)D e c r e m e n t/%S e c o n d a r yt r e a t m e n t/(m gm-3)D e c r e m e n t/%I n i t i a ls t a t e/(m gm-3)F i r s tt r e a t m e n t/(m gm-3)D e c r e m e n t/%S e c o n d a r yt r e a t m e n t/(m gm-3)D e c r e m e n t/%A10.0 4 30.0 3 22 60.0 3 03 04.8 9 73.0 2 23 82.7 5 64 4A20.0 3 90.0 2 92 60.0 2 92 64.6 8 82.7 4 84 12.5 7 74 5A30.0 4 20.0 2 83 30.0 2 54 04.9 0 22.4 4 35 02.2 2 15 5B10.0 7 80.0 4 83 80.0 4 44 47.8 8 64.9 3 33 74.3 2 14 5B20.0 6 90.0 4 33 80.0 4 14 17.9 0 24.6 5 24 14.2 2 24 7B30.0 7 00.0 4 43 70.0 4 24 07.7 7 93.7 6 55 23.2 5 45 8C10.0 5 80.0 3 63 80.0 3 54 07.1 3 13.9 8 94 43.7 7 24 7C20.0 5 60.0 3 73 40.0 3 14 57.0 9 83.9 0 24 53.4 8 75 1C30.0 5 50.0 3 34 00.0 2 94 76.9 9 83.0 7 85 62.6 9 66 1624材料科学与工程学报2 0 2 3年6月 经5 0、6 0和6 5的一次烘烤处理后,9个玻璃钢样件中甲醛释放量均普遍下降3 4%左右;且继续二次烘烤处理,各样件中甲醛释放量均略微下降约3 9%,由此说明:当玻璃钢制品中甲醛含量较低时,不同温度下的一次烘烤处理对降低其甲醛释放量效果相当,但继续二次烘烤处理效果甚微。此外,随着一次烘烤温度的升高,各玻璃钢制品中T VO C下降率呈增加趋势,尤其是当烘烤温度上升至6 5时,A3、B3和C3三个样件中T VO C含量均下降5 0%以上;但继续二次烘烤处理,9个样件中T VO C释放量下降幅度均很小。综上表明,6 5烘烤6h后再2 5通风放置2d对降低玻璃钢制品中VO C释放量效果最佳,但继续二次烘烤处理对进一步降低VO C含量效果不显著。3.2 玻璃钢制品烘烤后通风衰减效果分析 由图1和图2可知,收样测试的A4、B4和C4三个玻璃钢样件中甲醛和T VO C释放量与各组其余3个平行样平均结果偏差均小于3%,表明各组样件间平行性均较好。图1 玻璃钢制品中甲醛含量随通风时间延长的拟合图F i g.1 F i t t i n gd i a g r a m so f f o r m a l d e h y d ec o n t e n to fF R Pp r o d u c t sw i t hv e n t i l a t i o nt i m e随烘烤后通风放置时间的延长,A4、B4和C4三个玻璃钢样件中甲醛释放量均持续下降,且其衰减速率也逐渐降低(见图1)。其中,前1 5d内各样件中甲醛释放量均快速降低,1 5d时的甲醛含量较收样测试时分别下降了4 8%、5 7%和5 5%;而1 5d之后其甲醛水平均小幅下降。同时,A4、B4和C4三个玻璃钢样件中T VO C释放量也随烘烤后通风放置时间的延长而持续下降,且其衰减速率也逐渐降低(见图2)。其中,前1 5d内各样件 中T VO C释 放 量 也 均 快 速 降 低,1 5d时 的T VO C含量较收样测试时分别下降了6 8%、7 7%和8 1%,相较于表2中的一次烘烤处理效果均提升了约2 0%;而1 5d之后其T VO C水平均缓慢降低。图2 玻璃钢制品中T VO C含量随通风时间延长的拟合图F i g.2 F i t t i n gd i a g r a m so fT VO Cc o n t e n to fF R Pp r o d u c t sw i t hv e n t i l a t i o nt i m e此外,由表3可知,A4、B4和C4三个玻璃钢样件中占比最高的前几项主要释放物质为2-丁酮、二甲苯、丙二醇甲醚醋酸酯和甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯及二甲苯、甲基丙烯酸甲酯,物质种类未发生变化,且这几 种 物 质 在T VO C中 占 比 之 和 均 几 乎 不 低 于6 0%。由图3可知,随烘烤后通风放置时间的延长,A4、B4和C4三个玻璃钢样件中各主要释放物质含量均持续下降,且其衰减速率也逐渐降低。其中,前1 5d内各样件中主要释放物质含量均快速下降(降幅普遍在7 0%以上),而1 5d之后其含量变化均较小。图3 玻璃钢制品中主要释放物质含量随通风时间延长的变化图F i g.3 V a r i a t i o no fm a i nr e l e a s e ds u b s t a n c e s i nF R Pp r o d u c t sw i t hv e n t i l a t i o nt i m e基于上述甲醛、T VO C及主要释放物质三个维度的衰减规律研究分析,发现玻璃钢样件A4、B4和C4经6 5烘烤6h后继续2 5通风放置至1 5d时,甲醛、T VO C及主要释放物质含量均快速降低,但此后其含量随通风时间延长呈缓慢的速率降低。因此,针对玻璃钢制品,建议采 取6 5 烘烤6h后 再室外(2 5左右)通风凉放至少1 5d的较优处理措施。724第4 1卷第3期王咏祥,等.轨道车辆玻璃钢制品环保性能提升技术表3 玻璃钢制品在不同状态的主要释放物质T a b l e3 M a i nr e l e a s e ds u b s t a n c e so fF R Pp r o d u c t sS a m p l en u m b e rI n i t i a l s t a t eV e n t i l a t i o nf o r3dV e n t i l a t i o nf o r7dV e n t i l a t i o nf o r1 5dV e n t i l a t i o nf o r3 0dA42-B u t a n o n e,X y l e n e,1-M e t h o x y-2-p r o p y la c e t a t e2-B u t a n o n e,X y l e n e,1-M e t h o x y-2-p r o p y la c e t a t e2-B u t a n o n e,X y l e n e,1-M e t h o x y-2-p r o p y la c e t a t e2-B u t a n o n e,X y l e n e,1-M e t h o x y-2-p r o p y la c e t a t e2-B u t a n o n e,X y l e n e,1-M e t h o x y-2-p r o p y la c e t a t eB4M e t h y lm e t h a c r y l a t e,S t y r e n eM e t h y lm e t h a c r y l a t e,S t y r e n eM e t h y lm e t h a c r y l a t e,S t y r e n eM e t h y lm e t h a c r y l a t e,S t y r e n eM e t h y lm e t h a c r y l a t e,S t y r e n eC4X y l e n e,M e t h y lm e t h a c r y l a t eM e t h y lm e t h a c r y l a t e,X y l e n eM e t h y lm e t h a c r y l a t e,X y l e n eM e t h y lm e t h a c r y l a t e,X y l e n eM e t h y lm e t h a c r y l a t e,X y l e n e4 结 论 通过采用袋式法,基于常用的玻璃钢制品,探究了VO C随烘温度、次数及常温通风时间变化的规律,得出如下结论:1.升高烘烤温度(5 06 5),可加快玻璃钢制品中VO C的释放。2.一 次 烘 烤 处 理 可 明 显 降 低 玻 璃 钢 制 品 中 的VO C含量,但继续二次烘烤效果不明显。3.综合考虑处理效果和成本,并结合实际处理工艺,建议对玻璃钢制品采取6 5 烘烤6h后再室外(2 5左右)通风凉放至少1 5d较优处理措施。参考文献1 李莉,石卫兵,张兰兰,等.轨道交通车辆车内挥发性有机化合物的管控现状及建议J.城市轨道交通研究,2 0 1 8,2 1(6):8 1-8 4.2 王冰松,魏玲玲,董佳,等.轨道交通车辆内装材料的挥发性有机物测试方法J.城市轨道交通研究,2 0 1 8,2 1(1 1):2 1-2 6,3 1.3 郑艳银,顾宝珊,孙世清,等.热处理工艺对改性石墨烯薄膜光催化性 能 的 影 响 J.材 料 科 学 与 工 程 学 报,2 0 2 0,3 8(2):3 1 5-3 1 9.4 熊武,龚文晶,李胜群.一种机车车辆用聚硅氧烷改性聚酯涂料研究J.现代涂料与涂装,2 0 1 9,2 0(1 0):9-1 4.5 胡懿,刘丰芹.城轨车辆内装饰材料对空气质量的影响J.电力机车与城轨车辆,2 0 1 9,4 2(5):3 1-3 6.6 钟源,李人哲,关玲玲.轨道车辆司机室操作台复合材料VO C和气味改善研究J.环境与发展,2 0 2 0,3 2(1 0):2 3 6-2 3 7.7 中车青岛四方机车车辆股份有限公司.轨道车辆内装非金属材料、部件T VO C管控通用技术要求:S F T-N S-GH J T-0 0 1S.青岛:中车青岛四方机车车辆股份有限公司,2 0 1 9.8 国际标准化组织.道路车辆的内部空气第2部分:测定来自车辆内部零件和材料的挥发性有机化合物排放的筛选法-袋式法:I S O1 2 2 1 9-2S.瑞士:国际标准化组织,2 0 1 2.824材料科学与工程学报2 0 2 3年6月