汽车座椅用绒面超纤革的设计与开发

许志

(嘉兴学院 浙江嘉兴 314001)

在我国汽车工业快速发展的同时,汽车座椅的包覆材料也得到了飞跃式发展,逐步走向高端、动感、个性、环保和功能化,其中超纤绒面革不仅触感舒适、外观高雅,而且其类似真皮的结构具有抗老化、使用寿命长、轻质化的特点[1],引起汽车设计师的重视。汽车座椅用绒面超纤革已成为国内超纤厂家争先研发的热点,革用树脂一般采用聚氨酯(PU)。近年来，国内一些公司对车用内饰超纤革进行研发,但送样通过品牌车厂检测的指标全部合格的很少,有的耐磨不达标,有的是摩擦色牢度达不到4级,耐酸色牢度或耐碱色牢度达不到要求。国内绒面超纤革品质与国外厂商如日本东丽公司的同类产品相比还有明显差距。

本文就汽车座椅用绒面超纤革的内在结构、主要指标以及生产工艺流程进行介绍,以期给相关研究及生产人员提供参考。

1 汽车用绒面超纤

“绒面超细纤维PU合成革”简称绒面超纤革。一般以海岛结构纤维非织造布为基材,浸渍聚氨酯树脂并凝固形成超细纤维/聚氨酯复合材料,再经过开纤(甲苯减量或碱减量)得到超纤革基布,然后经过磨毛、染色等后整理工序制得耐磨、透气耐老化的绒面超纤革[2]。绒面超纤革表面与麂皮绒面相类似,绒感细腻,耐磨,而力学性能高于麂皮和起绒纺织品。

2000年以来,绒面超纤革在国内鞋材、服装、沙发、手套和装饰用品等方面获得了广泛应用。早期的不定岛超纤多采用苯减量开纤技术生产[3],生产过程使用了不环保的有机溶剂。其他碱减量开纤的定岛超纤生产厂家采用的含浸树脂是溶剂型聚氨酯,导致革制品中溶剂二甲基甲酰胺(DMF)含量也容易超标(有残留)。此外,现阶段国内市面上的定岛绒面超纤革多是以碱溶性聚酯(COPET)为海、锦纶6(PA6)为岛的锦纶绒面超纤,锦纶纤维在长时间光照环境下容易黄变[4-7],而用于车用座椅的绒面超纤革对耐晒色牢度要求高,故长期以来国内绒面超纤一直未能达到汽车座椅用革的检测要求。嘉兴学院与明新旭腾新材料股份有限公司合作开发的绒面超纤革是以COPET为海、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为岛的涤纶绒面超纤革,在环保和耐晒等方面满足汽车用革的检测标准,产品达到或超过国内外同类产品,已率先获得国外知名汽车公司的准入认可。

2 产品的设计与开发

2.1 绒感与结构

用于车用座椅的绒面超纤革在绒感和耐磨方面要高于绒面织物,才能体现其高端时尚的风格。要达到绒毛短而致密、软而耐磨,对海岛纤维的开纤和针刺无纺布基布的致密程度要求较高。图1是A、B和C 3种不同品质层次的车座椅用绒面超纤革的表面扫描电子显微镜图(SEM图),其中纤维开纤的绒毛细度约为0.07 dtex。

由图1可以看出,品种A的绒毛致密,多呈直列状态;品种B的绒毛较致密,但部分呈直立状,部分呈俯伏状态;品种C的绒毛欠致密,且基本呈俯伏状态。从柔软度、致密程度及手感方面分析,A好于B,B好于C。

图1 绒面超纤革表面SEM图

图2是图1中3种绒面革的截面SEM图。

图2 绒面超纤革截面SEM图

由图2可知,交织的海岛纤维均已开纤,但纤维之间交织的密实程度相比,A和B>C,这也是A、B样品表面的绒感明显好于C样品的主要原因。此外,超纤A内复合了网格布,从图2中的A图下端可以看到间隔规整排列的粗纤维簇,是网格布的全拉伸丝(FDY)长丝截面。绒面超纤革A的尺寸稳定性明显高于绒面超纤革B和C的,因而超纤革A可以单独作为座椅的外包覆材料,而绒面超纤B和C则需要背面复合涤棉机织衬布来增强其尺寸稳定性,而复合机织衬布以后的绒面超纤柔软度会明显降低。

绒面超纤革和普通超纤革一样,是纤维与聚氨酯的复合体。在被染色过程中,聚氨酯着色程度高于PET或PA6纤维,即在同样染色工艺条件下,聚氨酯显示出更深的颜色[8]。在图1的C分图中,可以看到片块状的聚氨酯树脂,在表面有较深色斑点状,即是绒面超纤革所谓的“露底”现象。

2.2 气味要求

车内空间狭小,密闭性好,车内空气污染对驾乘人员的健康有重大影响。因此,车用内饰材料对气味要求很高,不仅不能对身体有害,而且也不能刺激人的嗅觉感官。人类可以识别约1万种气味,其中只有20%是人类喜欢的。不同地区的人对气味也有不同的理解,对气味类型的喜好也不同。比如在欧洲,人们认为皮革应当有皮革的味道,但是在中国,终端客户认为没有气味才是最好的[9]。而普通超纤革有的要经过甲苯减量处理,有的使用含有DMF的溶剂型聚氨酯,有的生产过程中还要添加各种助剂,因此生产出来的超纤革很难达到车用内饰“无气味”的检测要求。因此为了得到气味小的绒面超纤革，在其生产过程,首先需从原材料入手,选择碱减量的定岛纤维和水性聚氨酯树脂,不使用有机溶剂;其次,生产工序中所添加的助剂中均不能含有机溶剂的成分,并要经过气味检测;第三,生产过程中凝固液和循环洗涤的水要保持清洁,定时净化或更换。

2.3 高色牢度

高色牢度包括:耐光照色牢度,湿擦、酸擦、碱擦色牢度。国标体系中GB/T 8426—1998《纺织品 色牢度试验 耐光色牢度:日光》和GB/T 8427—1998《纺织品色牢度试验 耐人造光色牢度:氙弧》有关曝晒方法的选择都有5种[10]。而车用座椅测试样品的耐光照色牢度各个汽车厂商采用的标准不尽相同,德国大众汽车公司采用PV1303方法,美国通用汽车公司则采用SAE J1885方法,该方法是用可控照射和水冷却氙弧设备对汽车内饰部件进行加速暴露的操作过程,经过持续一定时间的照射以后,对照AATCC灰色卡要达到3级以上。因为PA6纤维易老化,尤其在强光照射下会黄变,绒面超纤革用的纤维材料要选择耐光照的PET。而湿擦、酸擦、碱擦色牢度达到3～4级的指标,对于PET和PU染色的色牢度来说要求很高,尤其PET需在高温、高压下染色,对颜料及工艺路线的选择也极为苛刻。

2.4 工艺流程

汽车座椅用绒面超纤革的工艺流程如下:

COPET/PET纤维纺丝→针刺非织造布→含浸树脂→凝固烘干→减量开纤→水洗→烘干定型→磨毛→染色→后整理→成检→包装入库。

从上述生产流程可以看出,绒面超纤的制造工序环节较多,涉及化纤制造、针刺非织造工艺、化工和后整理等工序,其中纤维制造、针刺非织造以及减量开纤环节非常重要。良好的纺丝工艺才能保证海岛纤维生产过程不出现并岛状况,从而保证PET岛相开纤。绒面超纤革对针刺无纺布的工艺要求也非常严格,不仅要求布面平整、密度均匀,达到常规革基布要求,布密度要求更高,而且布面外观不能有针孔痕迹,针刺布内的纤维状态结构要多呈直列状态。碱减量开纤对岛相PET纤维有损伤,高碱浓度下减量开纤的效果好,但对岛相PET纤维的损伤程度也高,使涤纶绒面超纤革的物性指标下降。因此,选择适当的碱液浓度和减量开纤也非常重要。减量后的半成品一般称之为超纤贝斯,还要经过磨毛才能达到绒面超纤革的绒感效果,因而,磨毛工序也相当重要。磨毛后的下道工序就是染色工艺,超纤染色不同普通纺织品,不仅要染PET纤维还要染PU树脂,一般采用分散染料在高温、高压下染色,而PET和PU对颜料着色程度不同,两种材料着色后有色差,因此对染料及工艺路线的选择极为重要。工艺流程中的后整理包括阻燃处理、绒面修饰以及手感处理等工序,阻燃处理一般采用背面涂饰阻燃涂层来达到车用座椅的阻燃要求。

3 测试标准

汽车制造厂家对轿车座椅面料的要求非常严格, 并有相应的检验标准。每个汽车制造厂还有一些特定的要求。座椅面料也一定要通过汽车厂授权的检测机构的测试。美国通用公司一般会借鉴3个组织制定的标准。这3个组织分别是美国材料与试验协会(ASTM)、美国染化工作者协会(AATCC)和美国机动车工程师学会(SAE)。表1给出了通用公司对座椅用绒面超纤的一些测试项目和标准值[11],“GM”代表通用汽车的内部标准。

表1 绒面超纤的测试项目和标准值

4 结束语

我国是汽车生产大国,也是全球最大的汽车市场。国内超纤企业必须要加大产品开发的力度,与科研院所合作,攻坚克难,提高绒面超纤品质,替代进口的同类产品,并进军国际市场,融入世界知名汽车厂家的全球采购与供应链。