一种汽车内饰材料VOC关键散发参数的测算方法与流程

一种汽车内饰材料voc关键散发参数的测算方法
技术领域
1.本发明涉及车内空气质量管控技术领域，尤其涉及一种汽车内饰材料voc关键散发参数的测算方法。


背景技术：

2.国家推荐性标准gb/t 27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》规定了车内空气中苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛的浓度要求，对车内voc的管控十分重要。研究表明，汽车内饰材料的voc散发性能与初始可散发浓度c0和分配系数k这两个关键散发参数密切相关。初始可散发浓度c0是指在外界环境浓度为零的情况下材料能够散发的voc总量。分配系数k表征voc在气相和固相分配的程度，依据亨利定律，分配系数定义为材料界面处固相浓度和气相浓度之比。
3.cn 112697966a公开了一种测定建材voc散发特性参数的单次密闭散发法，其公开的方法利用待测建材在温湿度恒定的环境舱内进行一次密闭散发直至平衡状态，记录下舱内voc气相平衡浓度和逐时浓度变化情况，得到c0关于c
equ
与k的函数关系式。利用密闭散发环境舱内voc气相浓度的完全解析解，对散发后段、前段实验数据分别进行非线性拟合得到k和d的预测值。利用c0、d和k的预测值计算全散发周期的voc气相浓度预测值，并计算其与实验值的误差。若误差在设定范围内，则输出c0、d和k。若误差超出设定范围，则将本轮d的预测值作为下一轮计算的初始值，重复上述计算，直至误差在设定范围内，停止计算并输出c0、d和k。
4.cn110187025a公开了一种车内非金属材料中voc散发关键参数的测定方法，其公开的方法基于传质散发规律、质量守恒定律和亨利定律，推导出非金属材料中voc在环境舱密闭阶段的平衡散发模型和直流散发阶段的传质扩散模型，结合实测数据，测定车内非金属材料散发过程的关键参数：初始可散发浓度c0、分配系数k和扩散系数dm。测试装置和测定方法基于非金属材料中voc在不同条件下的传质扩散规律和质量守恒定律，建立了非金属材料中voc在环境舱密闭情况下的平衡散发模型和直流散发情况下的传质扩散模型，结合实测数据，同时测定车内非金属材料散发过程的关键参数：初始可散发浓度c0、扩散系数dm和分配系数k，从而实现建立车内非金属材料voc预测模型的目的。
5.目前，已公开的关键散发参数测算方法主要为多次散发回归法，需要多次测量voc浓度，直到达到散发平衡后通过拟合曲线的方式计算得到材料的voc关键散发参数，该方法存在操作步骤多、系统误差大等问题。
6.综上所述，开发一种操作简单，误差小的汽车内饰材料voc关键散发参数的测算方法至关重要。


技术实现要素：

7.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种汽车内饰材料voc关键散发参数的测算方法，所述测算方法基于加标测试测算汽车内饰材料voc的初始可散发浓度c0和
分配系数k这两个关键散发参数，解决现有技术中的测算方法操作步骤较多、系统误差较大的问题。
8.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
9.本发明提供一种汽车内饰材料voc关键散发参数的测算方法，所述测算方法包括如下步骤：
10.(1)将体积为vm的汽车内饰材料置入采样袋中，密封并充惰性气体，充气体积记为v1；
11.(2)将采样袋恒温加热至所要监测的voc的浓度达到平衡，平衡浓度记为c1，此时采样袋中各参数满足方程1：
12.c0×vm
＝c1×v1
c1×k×vm
；
13.其中，k为分配系数，c0为汽车内饰材料的voc初始可散发浓度；
14.(3)向采样袋补充质量为m的所要监测的voc纯物质，再将采样袋恒温加热，至所述voc的浓度再次达到平衡，平衡浓度记为c2，采样袋中的气体体积v2，此时采样袋中各参数满足方程2：
15.c0×vm
m＝c2×v2
c2×k×vm
；
16.(4)由步骤(2)和步骤(3)所得方程推导k的计算公式，如公式1所示：
[0017][0018]
进一步推导c0的计算公式，如公式2所示：
[0019][0020]
与现有技术相比，本发明所述方法在充分了解材料voc散发性能的前提下，只需要测试加标前后两个平衡浓度的voc含量即可计算得到初始可散发浓度c0和分配系数k，大大减少了测试数量。同时，由于只测试平衡浓度，降低了多次测量过程中的系统误差，使测试结果更为准确。除此之外，利用已公开的多次散发回归法测算初始可散发浓度c0和分配系数k，由于曲线方程的解并不唯一，需要根据经验判断c0和k的取值，可能会造成不同分析人员得到不同的结果。利用本发明得到的c0和k的解是唯一的，这样可大大减少人为因素的影响，提高结果的稳定性。
[0021]
本发明中，所述voc关键散发参数指的是c0和k的取值。
[0022]
优选地，步骤(1)中，所述惰性气体包括氮气。
[0023]
优选地，所述步骤(1)中，在将汽车内饰材料置入采样袋前，还包括确定所述汽车内饰材料的平衡时间。
[0024]
优选地，所述平衡时间的确定方法具体包括：将所述汽车内饰材料置于体积为v1的刚性密闭环境中，调节环境参数与采样袋恒温加热过程中的环境参数一致，保持恒定，每间隔0.3-3h(例如0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h等)取样测量一次，确定在此条件下所述汽车内饰材料需要监测的voc的浓度达到平衡的时间，即为所述平衡时间。
[0025]
本发明在汽车内饰材料根据经验或者实验估计所述汽车内饰材料在实验条件下的平衡时间，在实际测试中，平衡浓度通过尽量少次数的取样完成确定，提升测算的准确性。
[0026]
优选地，步骤(3)中所述恒温加热的时间至少为所述平衡时间。
[0027]
优选地，所述步骤(3)中的恒温加热的温度与所述步骤(2)中的恒温加热的温度相同。
[0028]
优选地，所述步骤(3)中的恒温加热的时间与所述步骤(2)中的恒温加热的时间相同。
[0029]
优选地，所述步骤(2)中，测定平衡浓度时，取样消耗的体积为v3，步骤(3)中，所述v2为v1和v3的差值。
[0030]
优选地，所述方程1和所述方程2的理论依据包括质量守恒定律和亨利定律。
[0031]
优选地，所述步骤(4)中，所述k的推导方式为将方程2减方程1，移项，得到所述公式1。
[0032]
优选地，所述c0的推导方式为将公式1代入方程1或方程2，得到所述公式2。
[0033]
作为优选的技术方案，所述测算方法包括如下步骤：
[0034]
(1)将体积为vm的汽车内饰材料置于充满惰性气体的体积为v1的刚性密闭环境中，调节环境参数，保持恒定，每间隔0.3-3h取样测量一次，确定在此条件下所述汽车内饰材料需要监测的voc的浓度达到平衡的时间，即为平衡时间；
[0035]
将所述汽车内饰材料置入采样袋中，密封并充惰性气体，充气体积记为v1；
[0036]
(2)将采样袋恒温加热至所要监测的voc的浓度达到平衡，平衡浓度记为c1，其中，恒温加热的温度与刚性密闭环境的温度相同，恒温加热的时间至少为平衡时间，此时采样袋中各参数满足方程1：
[0037]
c0×vm
＝c1×v1
c1×k×vm
；
[0038]
其中，k为分配系数，c0为汽车内饰材料的voc初始可散发浓度；
[0039]
(3)向采样袋补充质量为m的所要监测的voc纯物质，再将采样袋以步骤(2)中相同的恒温加热相同的时间，所述voc的浓度再次达到平衡，平衡浓度记为c2，采样袋中的气体体积v2，此时采样袋中各参数满足方程2：
[0040]
c0×vm
m＝c2×v2
c2×k×vm
；
[0041]
所述步骤(2)中，测定平衡浓度时，取样消耗的体积为v3，步骤(3)中，所述v2为v1和v3的差值；
[0042]
(4)将方程2减方程1，移项，推导k的计算公式，如公式1所示：
[0043][0044]
所述c0的推导方式为将公式1代入方程1或方程2，进一步推导c0的计算公式，如公式2所示：
[0045][0046]
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0047]
(1)在充分了解材料voc散发性能的前提下，只需要测试加标前后两个平衡浓度的voc含量即可计算得到初始可散发浓度c0和分配系数k，大大减少了测试数量。同时，由于只测试平衡浓度，降低了多次测量过程中的系统误差，使测试结果更为准确。
[0048]
(2)利用已公开的多次散发回归法测算初始可散发浓度c0和分配系数k，由于曲线
方程的解并不唯一，需要根据经验判断c0和k的取值，可能会造成不同分析人员得到不同的结果。利用本发明所述测算方法得到的c0和k的解是唯一的，这样可大大减少人为因素的影响，提高结果的稳定性。
附图说明
[0049]
图1是实施例1所述测算方法的流程图。
具体实施方式
[0050]
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0051]
实施例1
[0052]
本实施例提供一种汽车内饰材料voc关键散发参数的测算方法，流程图如图1所示，所述测算方法包括如下步骤：
[0053]
(1)将体积为vm的汽车内饰材料置于充满惰性气体的体积为v1的刚性密闭环境中，调节环境参数，保持恒定，每间隔2h取样测量一次，确定在此条件下所述汽车内饰材料需要监测的voc的浓度达到平衡的时间，即为平衡时间；
[0054]
将所述汽车内饰材料置入采样袋中，密封并充惰性气体，充气体积记为v1；
[0055]
(2)将采样袋恒温加热至所要监测的voc的浓度达到平衡，平衡浓度记为c1，其中，恒温加热的温度与刚性密闭环境的温度相同，恒温加热的时间至少为平衡时间，此时采样袋中各参数满足方程1：
[0056]
c0×vm
＝c1×v1
c1×k×vm
；
[0057]
其中，k为分配系数，c0为汽车内饰材料的voc初始可散发浓度；
[0058]
(3)向采样袋补充质量为m的所要监测的voc纯物质，再将采样袋以步骤(2)中相同的恒温加热相同的时间，所述voc的浓度再次达到平衡，平衡浓度记为c2，采样袋中的气体体积v2，此时采样袋中各参数满足方程2：
[0059]
c0×vm
m＝c2×v2
c2×k×vm
；
[0060]
所述步骤(2)中，测定平衡浓度时，取样消耗的体积为v3，步骤(3)中，所述v2为v1和v3的差值；
[0061]
(4)将方程2减方程1，移项，推导k的计算公式，见公式1：
[0062][0063]
所述c0的推导方式为将公式1代入方程1或方程2，进一步推导c0的计算公式，见公式2：
[0064][0065]
本实施例中，所述汽车内饰材料为聚氨酯座椅泡沫，所要监测的voc为甲苯，平衡时间为96小时，恒温温度为25℃，恒温加热的时间为96小时，c1为0.016mg/m3，c2为0.025mg/m3，vm为0.021m3，v1为1m3，v2为0.997m3，v3为0.003m3，m为0.0872mg，经计算，k为412.67，c0为7.36mg/m3。
[0066]
根据文献公开的数据“朱腾义等，基于tlser关系预测pops在puf与空气中的分配系数，中国环境科学，2020,40(8)”，在20～25℃温度范围，聚氨酯泡沫塑料与空气中分配系数logk＝2.91。本发明测算结果logk＝2.62与文献数据较为接近，测算结果基本可靠。
[0067]
由上述内容可知，本发明在充分了解材料voc散发性能的前提下，只需要测试加标前后两个平衡浓度的voc含量即可计算得到初始可散发浓度c0和分配系数k，大大减少了测试数量。同时，由于只测试平衡浓度，降低了多次测量过程中的系统误差，使测试结果更为准确；根据分析化学原理，每一次测试都会引入系统误差，由于本发明所述方法仅需进行两次测试，相比于多次散发回归法，测试次数少，因此引入的测试误差少。实例中通过与已公开的文献数据比，说明本方法准确度相对较高。
[0068]
现有技术中，利用已公开的多次散发回归法测算初始可散发浓度c0和分配系数k，由于曲线方程的解并不唯一，需要根据经验判断c0和k的取值，可能会造成不同分析人员得到不同的结果。利用本发明所述测算方法得到的c0和k的解是唯一的，这样可大大减少人为因素的影响，提高结果的稳定性。
[0069]
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。