汽車搪塑PVC表皮再利用研究

李依凡，劉子睿

（重慶大學(xué)，重慶 401331）

1 研究背景和意義

汽車儀表盤是汽車內(nèi)飾中重要的工藝技術(shù)產(chǎn)品。近年來，隨著汽車市場競爭的日益激烈以及用戶要求的不斷提高，汽車儀表盤的表皮也逐漸趨于美觀化、高級化，其中搪塑表皮以其花紋美觀、可塑性強、手感舒適等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于中高檔汽車的軟質(zhì)儀表盤制造。但在表皮成型的過程中，為使表皮適配于儀表盤的外觀構(gòu)造，需對其進行必要的裁剪，這一工藝補充會造成大量的PVC材料浪費，使得材料的真實利用率大幅降低，同時因其不易降解的化學(xué)特性，大量PVC廢料的堆積會對環(huán)境產(chǎn)生嚴重的污染隱患。

1.1 我國廢棄PVC材料的回收再利用現(xiàn)狀

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及對環(huán)境生態(tài)保護意識的增強，廢棄PVC材料的合理處置成為亟需解決的問題之一。相比于PVC材料的生產(chǎn)制造，我國廢舊PVC的回收利用技術(shù)還遠遠落后于國際水平。目前，我國主要的PVC回收技術(shù)包括：一是物理回收法，二是化學(xué)回收利用，三是熱能回收法。物理回收指PVC廢料經(jīng)機械粉碎后成為粉末或顆粒再生料，用于二次生產(chǎn)，該方法在我國應(yīng)用得相對成熟，但其再生產(chǎn)品大多質(zhì)量差、功能局限，造成了經(jīng)濟效益的大幅降低；化學(xué)回收指通過化學(xué)處理使聚合物斷裂成為簡單化合物而實現(xiàn)二次利用，該方法工藝相對復(fù)雜，成本較高，不適用于我國的生產(chǎn)現(xiàn)狀，無法實現(xiàn)PVC廢料的高效利用；而熱能回收法，即通過大批量焚燒PVC廢料來回收燃燒過程所產(chǎn)生的熱能，亦無法實現(xiàn)材料本身的再利用，且焚燒產(chǎn)生的HCl會對焚燒設(shè)備產(chǎn)生嚴重腐蝕，同時HCl與氰化物等物質(zhì)的存在也嚴重危害著生態(tài)環(huán)境與人體健康。

1.2 汽車行業(yè)內(nèi)PVC廢料再利用技術(shù)的開發(fā)背景

目前，我國汽車具有軟質(zhì)儀表盤車輛約占43%，其中PVC搪塑工藝作為軟質(zhì)儀表盤表皮制造工藝的首選，覆蓋絕大部分軟質(zhì)儀表盤的生產(chǎn)制造。但由于材料利用率不足65%，每年僅汽車內(nèi)飾領(lǐng)域產(chǎn)生的PVC廢料就可達6500t，如此低效率的回收會造成環(huán)境壓力的不斷增大、生產(chǎn)材料的浪費以及經(jīng)濟價值上的損失，相關(guān)再利用技術(shù)的開發(fā)已迫在眉睫。筆者現(xiàn)提出一種基于物理機械回收方法展開的汽車儀表盤廢棄PVC搪塑表皮液氮粉碎回收方式，以及再生產(chǎn)品性能增強涂層開發(fā)的再利用工藝建議，以供參考與討論。經(jīng)調(diào)查，目前汽車內(nèi)飾領(lǐng)域中并無相關(guān)的系統(tǒng)化可行技術(shù)，行業(yè)內(nèi)也缺少可應(yīng)用的具體研究成果。

2 廢棄PVC搪塑表皮再利用技術(shù)的開發(fā)

2.1 廢棄PVC表皮液氮粉碎回收技術(shù)

PVC材料，即聚氯乙烯，憑借其優(yōu)良的機械性能以及低廉的成本，在不同行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)均得到了廣泛應(yīng)用，然而由于低溫條件分子鏈凍結(jié)的特點，導(dǎo)致該種材料的耐寒性與低溫抗沖擊性均較差，在低溫環(huán)境中會出現(xiàn)材料脆化、失去彈性的現(xiàn)象。另一方面，PVC材料的這種低溫脆化特性，又使得PVC材料的微米級顆?；鬯槌蔀榭赡?，可作為對汽車儀表盤廢棄PVC搪塑表皮進行原廠內(nèi)物理回收技術(shù)開發(fā)的突破口。

通常，PVC粉末粒徑尺寸決定了搪塑制品的拉伸強度、塑化性能以及斷裂伸長率等重要的理化特性，而在廢棄PVC再利用領(lǐng)域中，為了滿足再生產(chǎn)品的相關(guān)性能要求，一般要求將粉碎粉料以一定比例填入原生粉料，在混合后再制成再生產(chǎn)品；且對于回收粉料來說，粒徑越小，再生產(chǎn)品性能的相對損失也越少，故在PVC粉料的回收再利用工藝中，對于回收粉料的粒徑尺寸控制是最重要的核心技術(shù)。

在常溫條件的PVC粉碎過程中，由于PVC材料本身的軟化點較低，機械粉碎產(chǎn)生的熱量會使粒徑極小的PVC粉料發(fā)生物理性質(zhì)改變，從而出現(xiàn)顆粒粘黏結(jié)塊的問題。但如若利用前文所說的PVC較差的耐寒性質(zhì)，在經(jīng)深度冷凍后，表皮材料的硬度增強而發(fā)脆，就可以實現(xiàn)PVC材料的微米級顆?；鬯?，進而控制并確定回收粉料的最適粒徑尺寸。而液氮作為冷媒，不僅可以提供合適的低溫環(huán)境，且作為惰性氣體，氮氣可保證與粉料混合處理過程中的粉料化學(xué)性質(zhì)不變以及粉碎過程中的安全性，是廢棄PVC搪塑表皮低溫粉碎回收技術(shù)的首選制冷劑。

2.2 再生PVC粉料搪塑表皮的增強涂層開發(fā)

雖然通過對于回收粉料的粒徑控制，可在一定程度上減少再生表皮存在的性能損失，但由于廢棄表皮經(jīng)低溫粉碎處理后，材料仍存在現(xiàn)相對分子質(zhì)量的降低，按一定比例混合的再生料又經(jīng)過高溫加熱后塑化成型，使得表皮的脆性增加、韌性降低，易發(fā)生爆裂，其可能造成的表皮斷裂及碎片飛濺問題在特殊環(huán)境下會對人體造成一定的傷害，不符合汽車儀表盤表皮氣囊區(qū)的安全生產(chǎn)要求。

行業(yè)內(nèi)在中高檔車型的生產(chǎn)中，存在一種聚氨酯半硬泡軟質(zhì)儀表盤，該儀表盤工藝是將聚氨酯泡沫填充至儀表盤的表皮與骨架之間，以利用聚氨酯半硬泡的優(yōu)良減震性能保障乘客在車輛受到外界沖擊時的人身安全，該種工藝在聚氨酯材料于裝飾表皮安全性能增強上的合理應(yīng)用，也可類似的運用于再生PVC搪塑表皮的安全性能補充。

由于線性結(jié)構(gòu)的聚氨酯具有熱塑性強、高強度、耐磨、耐老化和耐低溫等一系列優(yōu)良的理化性能，其良好的低溫穩(wěn)定性可實現(xiàn)汽車儀表盤氣囊區(qū)低溫穩(wěn)定性的增強。從聚氨酯半硬泡軟質(zhì)儀表盤制造工藝的原理出發(fā)，可利用類似的模式，將以聚氨酯作為主要材料進行開發(fā)的增強涂層噴涂在再生PVC搪塑表皮的背面，通過調(diào)整不同種類添加劑的組分含量，使所應(yīng)用的涂層配方滿足于再生PVC搪塑表皮的有效貼合、良好粘連。同時考慮到聚氨酯材料的成本較高，涂層可采用以氣囊區(qū)為主的部分表皮噴涂工藝，同時減少美觀功能區(qū)域的再利用表皮用料來實現(xiàn)安全要求的滿足以及經(jīng)濟成本的降低。

3 廢棄PVC搪塑表皮再利用技術(shù)的應(yīng)用前景分析與展望

3.1 汽車儀表盤廢棄PVC搪塑表皮原廠回收的經(jīng)濟分析

通過廢棄PVC表皮液氮粉碎回收技術(shù)以及局部表皮性能增強技術(shù)，可使搪塑表皮的厚度適宜，搪塑表皮的利用率提升10%，單輛份綜合材料用量降低36%，目前市場上軟質(zhì)搪塑PVC粉末的價格在40元/kg左右，搪塑表皮的平均重量在1.5kg左右，單輛份搪塑表皮的材料成本可節(jié)約21.6元。

經(jīng)計算，PVC低溫粉碎加工成本約為2.5元/kg，局部增強涂料的成本約為1.7元，因此，通過搪塑表皮低溫粉碎再利用技術(shù)以及局部涂層增強技術(shù)，單件儀表板表皮的綜合材料成本可節(jié)約19.65元，以我國搪塑表皮汽車年生產(chǎn)數(shù)量1000萬輛份計算，僅此一項，我國汽車市場的年搪塑粉料可降低1.96億元。可見，汽車儀表盤廢棄PVC搪塑表皮的原廠內(nèi)高效化回收與再利用具有很高的經(jīng)濟價值，可帶來良好的經(jīng)濟與社會效益。

3.2 廢棄PVC材料回收再利用的發(fā)展前景與展望

汽車儀表盤廢棄PVC搪塑表皮的原廠內(nèi)高效化回收與再利用技術(shù)，可能成為PVC材料高效再利用在汽車領(lǐng)域的一種指向型技術(shù)，它在提升了PVC材料物理回收的經(jīng)濟效益的同時，實現(xiàn)了廢棄材料的高效合理利用，具有很高的環(huán)保意義。由數(shù)據(jù)顯示，若每輛份汽車減少43%的PVC搪塑粉末用量，在我國每年可以減少645萬kg的PVC搪塑粉末用量，相當于節(jié)約11,610t標準煤，預(yù)計可減少30,186t碳排放。同時該技術(shù)的應(yīng)用與推廣可降低傳統(tǒng)的PVC廢料填埋及焚燒處理可能帶來的污染風(fēng)險，減少搪塑領(lǐng)域的環(huán)境污染問題。該應(yīng)用在汽車內(nèi)飾技術(shù)革新領(lǐng)域?qū)⒕哂泻艽蟮陌l(fā)展空間，同時也為PVC廢料處理中的高效再利用提供了一個可行的技術(shù)發(fā)展方向。