汽車座椅用絨面超纖革的設(shè)計(jì)與開發(fā)

許志

(嘉興學(xué)院 浙江嘉興 314001)

在我國汽車工業(yè)快速發(fā)展的同時(shí),汽車座椅的包覆材料也得到了飛躍式發(fā)展,逐步走向高端、動感、個性、環(huán)保和功能化,其中超纖絨面革不僅觸感舒適、外觀高雅,而且其類似真皮的結(jié)構(gòu)具有抗老化、使用壽命長、輕質(zhì)化的特點(diǎn)[1],引起汽車設(shè)計(jì)師的重視。汽車座椅用絨面超纖革已成為國內(nèi)超纖廠家爭先研發(fā)的熱點(diǎn),革用樹脂一般采用聚氨酯(PU)。近年來，國內(nèi)一些公司對車用內(nèi)飾超纖革進(jìn)行研發(fā),但送樣通過品牌車廠檢測的指標(biāo)全部合格的很少,有的耐磨不達(dá)標(biāo),有的是摩擦色牢度達(dá)不到4級,耐酸色牢度或耐堿色牢度達(dá)不到要求。國內(nèi)絨面超纖革品質(zhì)與國外廠商如日本東麗公司的同類產(chǎn)品相比還有明顯差距。

本文就汽車座椅用絨面超纖革的內(nèi)在結(jié)構(gòu)、主要指標(biāo)以及生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行介紹,以期給相關(guān)研究及生產(chǎn)人員提供參考。

1 汽車用絨面超纖

“絨面超細(xì)纖維PU合成革”簡稱絨面超纖革。一般以海島結(jié)構(gòu)纖維非織造布為基材,浸漬聚氨酯樹脂并凝固形成超細(xì)纖維/聚氨酯復(fù)合材料,再經(jīng)過開纖(甲苯減量或堿減量)得到超纖革基布,然后經(jīng)過磨毛、染色等后整理工序制得耐磨、透氣耐老化的絨面超纖革[2]。絨面超纖革表面與麂皮絨面相類似,絨感細(xì)膩,耐磨,而力學(xué)性能高于麂皮和起絨紡織品。

2000年以來,絨面超纖革在國內(nèi)鞋材、服裝、沙發(fā)、手套和裝飾用品等方面獲得了廣泛應(yīng)用。早期的不定島超纖多采用苯減量開纖技術(shù)生產(chǎn)[3],生產(chǎn)過程使用了不環(huán)保的有機(jī)溶劑。其他堿減量開纖的定島超纖生產(chǎn)廠家采用的含浸樹脂是溶劑型聚氨酯,導(dǎo)致革制品中溶劑二甲基甲酰胺(DMF)含量也容易超標(biāo)(有殘留)。此外,現(xiàn)階段國內(nèi)市面上的定島絨面超纖革多是以堿溶性聚酯(COPET)為海、錦綸6(PA6)為島的錦綸絨面超纖,錦綸纖維在長時(shí)間光照環(huán)境下容易黃變[4-7],而用于車用座椅的絨面超纖革對耐曬色牢度要求高,故長期以來國內(nèi)絨面超纖一直未能達(dá)到汽車座椅用革的檢測要求。嘉興學(xué)院與明新旭騰新材料股份有限公司合作開發(fā)的絨面超纖革是以COPET為海、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)為島的滌綸絨面超纖革,在環(huán)保和耐曬等方面滿足汽車用革的檢測標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品達(dá)到或超過國內(nèi)外同類產(chǎn)品,已率先獲得國外知名汽車公司的準(zhǔn)入認(rèn)可。

2 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)

2.1 絨感與結(jié)構(gòu)

用于車用座椅的絨面超纖革在絨感和耐磨方面要高于絨面織物,才能體現(xiàn)其高端時(shí)尚的風(fēng)格。要達(dá)到絨毛短而致密、軟而耐磨,對海島纖維的開纖和針刺無紡布基布的致密程度要求較高。圖1是A、B和C 3種不同品質(zhì)層次的車座椅用絨面超纖革的表面掃描電子顯微鏡圖(SEM圖),其中纖維開纖的絨毛細(xì)度約為0.07 dtex。

由圖1可以看出,品種A的絨毛致密,多呈直列狀態(tài);品種B的絨毛較致密,但部分呈直立狀,部分呈俯伏狀態(tài);品種C的絨毛欠致密,且基本呈俯伏狀態(tài)。從柔軟度、致密程度及手感方面分析,A好于B,B好于C。

圖1 絨面超纖革表面SEM圖

圖2是圖1中3種絨面革的截面SEM圖。

圖2 絨面超纖革截面SEM圖

由圖2可知,交織的海島纖維均已開纖,但纖維之間交織的密實(shí)程度相比,A和B>C,這也是A、B樣品表面的絨感明顯好于C樣品的主要原因。此外,超纖A內(nèi)復(fù)合了網(wǎng)格布,從圖2中的A圖下端可以看到間隔規(guī)整排列的粗纖維簇,是網(wǎng)格布的全拉伸絲(FDY)長絲截面。絨面超纖革A的尺寸穩(wěn)定性明顯高于絨面超纖革B和C的,因而超纖革A可以單獨(dú)作為座椅的外包覆材料,而絨面超纖B和C則需要背面復(fù)合滌棉機(jī)織襯布來增強(qiáng)其尺寸穩(wěn)定性,而復(fù)合機(jī)織襯布以后的絨面超纖柔軟度會明顯降低。

絨面超纖革和普通超纖革一樣,是纖維與聚氨酯的復(fù)合體。在被染色過程中,聚氨酯著色程度高于PET或PA6纖維,即在同樣染色工藝條件下,聚氨酯顯示出更深的顏色[8]。在圖1的C分圖中,可以看到片塊狀的聚氨酯樹脂,在表面有較深色斑點(diǎn)狀,即是絨面超纖革所謂的“露底”現(xiàn)象。

2.2 氣味要求

車內(nèi)空間狹小,密閉性好,車內(nèi)空氣污染對駕乘人員的健康有重大影響。因此,車用內(nèi)飾材料對氣味要求很高,不僅不能對身體有害,而且也不能刺激人的嗅覺感官。人類可以識別約1萬種氣味,其中只有20%是人類喜歡的。不同地區(qū)的人對氣味也有不同的理解,對氣味類型的喜好也不同。比如在歐洲,人們認(rèn)為皮革應(yīng)當(dāng)有皮革的味道,但是在中國,終端客戶認(rèn)為沒有氣味才是最好的[9]。而普通超纖革有的要經(jīng)過甲苯減量處理,有的使用含有DMF的溶劑型聚氨酯,有的生產(chǎn)過程中還要添加各種助劑,因此生產(chǎn)出來的超纖革很難達(dá)到車用內(nèi)飾“無氣味”的檢測要求。因此為了得到氣味小的絨面超纖革，在其生產(chǎn)過程,首先需從原材料入手,選擇堿減量的定島纖維和水性聚氨酯樹脂,不使用有機(jī)溶劑;其次,生產(chǎn)工序中所添加的助劑中均不能含有機(jī)溶劑的成分,并要經(jīng)過氣味檢測;第三,生產(chǎn)過程中凝固液和循環(huán)洗滌的水要保持清潔,定時(shí)凈化或更換。

2.3 高色牢度

高色牢度包括:耐光照色牢度,濕擦、酸擦、堿擦色牢度。國標(biāo)體系中GB/T 8426—1998《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐光色牢度:日光》和GB/T 8427—1998《紡織品色牢度試驗(yàn) 耐人造光色牢度:氙弧》有關(guān)曝曬方法的選擇都有5種[10]。而車用座椅測試樣品的耐光照色牢度各個汽車廠商采用的標(biāo)準(zhǔn)不盡相同,德國大眾汽車公司采用PV1303方法,美國通用汽車公司則采用SAE J1885方法,該方法是用可控照射和水冷卻氙弧設(shè)備對汽車內(nèi)飾部件進(jìn)行加速暴露的操作過程,經(jīng)過持續(xù)一定時(shí)間的照射以后,對照AATCC灰色卡要達(dá)到3級以上。因?yàn)镻A6纖維易老化,尤其在強(qiáng)光照射下會黃變,絨面超纖革用的纖維材料要選擇耐光照的PET。而濕擦、酸擦、堿擦色牢度達(dá)到3～4級的指標(biāo),對于PET和PU染色的色牢度來說要求很高,尤其PET需在高溫、高壓下染色,對顏料及工藝路線的選擇也極為苛刻。

2.4 工藝流程

汽車座椅用絨面超纖革的工藝流程如下:

COPET/PET纖維紡絲→針刺非織造布→含浸樹脂→凝固烘干→減量開纖→水洗→烘干定型→磨毛→染色→后整理→成檢→包裝入庫。

從上述生產(chǎn)流程可以看出,絨面超纖的制造工序環(huán)節(jié)較多,涉及化纖制造、針刺非織造工藝、化工和后整理等工序,其中纖維制造、針刺非織造以及減量開纖環(huán)節(jié)非常重要。良好的紡絲工藝才能保證海島纖維生產(chǎn)過程不出現(xiàn)并島狀況,從而保證PET島相開纖。絨面超纖革對針刺無紡布的工藝要求也非常嚴(yán)格,不僅要求布面平整、密度均勻,達(dá)到常規(guī)革基布要求,布密度要求更高,而且布面外觀不能有針孔痕跡,針刺布內(nèi)的纖維狀態(tài)結(jié)構(gòu)要多呈直列狀態(tài)。堿減量開纖對島相PET纖維有損傷,高堿濃度下減量開纖的效果好,但對島相PET纖維的損傷程度也高,使滌綸絨面超纖革的物性指標(biāo)下降。因此,選擇適當(dāng)?shù)膲A液濃度和減量開纖也非常重要。減量后的半成品一般稱之為超纖貝斯,還要經(jīng)過磨毛才能達(dá)到絨面超纖革的絨感效果,因而,磨毛工序也相當(dāng)重要。磨毛后的下道工序就是染色工藝,超纖染色不同普通紡織品,不僅要染PET纖維還要染PU樹脂,一般采用分散染料在高溫、高壓下染色,而PET和PU對顏料著色程度不同,兩種材料著色后有色差,因此對染料及工藝路線的選擇極為重要。工藝流程中的后整理包括阻燃處理、絨面修飾以及手感處理等工序,阻燃處理一般采用背面涂飾阻燃涂層來達(dá)到車用座椅的阻燃要求。

3 測試標(biāo)準(zhǔn)

汽車制造廠家對轎車座椅面料的要求非常嚴(yán)格, 并有相應(yīng)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。每個汽車制造廠還有一些特定的要求。座椅面料也一定要通過汽車廠授權(quán)的檢測機(jī)構(gòu)的測試。美國通用公司一般會借鑒3個組織制定的標(biāo)準(zhǔn)。這3個組織分別是美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(ASTM)、美國染化工作者協(xié)會(AATCC)和美國機(jī)動車工程師學(xué)會(SAE)。表1給出了通用公司對座椅用絨面超纖的一些測試項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)值[11],“GM”代表通用汽車的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)。

表1 絨面超纖的測試項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)值

4 結(jié)束語

我國是汽車生產(chǎn)大國,也是全球最大的汽車市場。國內(nèi)超纖企業(yè)必須要加大產(chǎn)品開發(fā)的力度,與科研院所合作,攻堅(jiān)克難,提高絨面超纖品質(zhì),替代進(jìn)口的同類產(chǎn)品,并進(jìn)軍國際市場,融入世界知名汽車廠家的全球采購與供應(yīng)鏈。