汽车内饰面料产品的先进制造工艺探讨

2021-08-20吴双全

汽车工艺与材料 2021年8期

吴双全

（1.东华大学纺织学院，上海201620；2.旷达科技集团股份有限公司，常州213179）

1 前言

汽车内饰面料是交通运输产业用纺织品的重要细分门类。伴随着汽车工业的发展，汽车内饰面料的设计研发与生产制造都取得了长足的进步。尤其是近些年，在化工工艺、新材料、纺织新技术、高端装备等专业领域的创新驱动下，汽车内饰面料产品的制造工艺、研发能力和技术装备水平都得到了较大幅度提升，新产品、新工艺和新技术不断涌现。

2 内饰用纤维材料制造工艺

汽车内饰面料的原材料以化学纤维为主，其中聚酯长丝占比超过95%，短纤纱应用较少；部分内饰面料中会少量使用羊毛等天然纤维以及锦纶、丙纶等化纤材料[1]。目前，内饰纤维材料的先进制造技术主要集中在原液着色纤维、高性能纤维、循环利用纤维、差异化纤维以及生物基材料等领域。

2.1 原液着色纤维

汽车内饰面料的上色方式一般有3种，即纱线染色、面料染色和原液着色。前2种上色工艺比较常用，但不管是纱线染色还是面料染色都会消耗大量的水、电、汽等能源，且有大量污染物的排放，在节能降耗、环保形势严峻的当下，原液着色纤维的开发应用将成为汽车内饰面料未来的发展趋势。根据需求制备色母粒，将色母粒按照一定比例的添加量与聚酯切片混合熔融，通过螺杆挤压进行纺丝，制备出有色聚酯长丝，再根据设计需要进行空气变形或者假捻变形，可以制备出原液着色的空变丝（Air Textured Yarn，ATY）或者低弹丝（Drawn Textured Yarn，DTY）。原色着色技术制备的有色纤维，其颜色批次一致性、稳定性好，适合大批量的生产制造，摩擦、耐光色牢度性能优异，同时无需染色加工工序，整个制造过程绿色环保、降耗节能。原液着色纤维适合大批量化的生产，对于多品种小批量的转换灵活度受限，开发周期相对较长，成本偏高。目前，原液着色纤维已经在大众、通用、长城、吉利等主机厂内饰座椅、门板面料中应用，顶棚面料中的应用较少。

2.2 高性能纤维

汽车内饰面料的应用环境具有特殊性，对内饰面料的性能要求也有很大差异，例如高耐磨涤纶纤维用于座椅面料以满足其耐磨性能需要；高耐光色牢度抗紫外纤维用于遮阳帘或者仪表板包覆用面料，高弹性、高延伸性纤维用于弧度较大的商用车车顶以及凹凸曲度较大的门板。营运客车、校车等专用车对内饰面料燃烧性能有着严苛的要求，主要的考量指标有燃烧速率、烟密度和极限氧指数；采用高阻燃性能涤纶纤维制备面料可以满足标准和法规要求。另外，将通过纳米杂化技术制备的功能母粒与聚酯切片熔融纺丝可以开发出具有不同附加功能的高性能聚酯纤维，如抗菌功能纤维、负离子功能纤维、拨水纤维等。

高性能的智能纤维也逐渐在汽车内饰面料中得到应用。例如，采用夜光功能聚酯纤维可以开发出不同视觉效果的夜光面料用于概念车内饰中；为了满足汽车内饰环境氛围的需要开发具有光传导功能的纤维，如聚甲基丙烯酸甲酯PMMA塑料光纤，将其应用在机织提花面料的开发中可以制备出具有发光功能的内饰面料；也可以采用柔韧性更好的高透型热塑性聚氨酯纤维制备发光织物。此外，光致变色、热变色及遇水变色等智能纤维也越来越多地被汽车内饰面料设计师所关注，并进行相关的前瞻设计与开发。高性能智能纤维在汽车内饰中的应用还处在探索阶段，这些纤维自身性能特点与车用内饰材料的技术要求、加工条件的匹配性问题还需要做更深入的研究。

2.3 回收再利用环保纤维

对于汽车材料的回收再利用，各个国家都有着明确的法规要求，随着社会责任意识的增强和越来越严的法规监管，回收再利用纤维材料备受汽车主机厂的青睐，在汽车内饰面料及零部件骨架复合材料中得到开发应用。极星Polestar Precept概念车中，座椅织物使用100%回收利用塑料瓶制备的再生聚酯为原料制成，其地毯面料则是以废弃的渔网回收制成的尼龙纤维编织而成。全新奥迪A3座椅面料中89%的纤维材料为再生聚酯纤维，地毯、隔热材料、吸音材料等也都有使用此材料。

除了再生聚酯纤维外，意大利Aquafil公司通过回收利用废弃渔网、织物废料、地毯和工业废料、海洋垃圾和垃圾填埋场的废旧塑料等，开发出了1种环保再生尼龙纤维Econyl，领克汽车在其最新发布的ZERO车型中使用了Econyl材料，如图1所示。再生尼龙材质本身的耐老化性能与涤纶相比要差，在主机厂现有的内饰材料耐久性技术标准下，量产车中应用再生尼龙材料的可行性还值得进一步思考。

图1 领克ZERO概念车ECONYL环保赛车座椅

2.4 差别化纤维

随着消费者对内饰产品视觉、触觉等感知质量体验需求的提升,不同触感、不同光泽和具有丰富视觉效果的汽车内饰面料产品成为开发趋势。三角、扁平、十字等异形截面纤维、全消光高质感纤维、超亮光纤维等越来越多地被应用到汽车内饰面料中。为了赋予内饰面料柔软细腻的亲肤感，以83dtex/144f、167dtex/144f等细旦高孔聚酯纤维为原料，通过机织提花或者经编针织工艺制备出细旦高密的亲肤丝绒面料，雷克萨斯品牌汽车内饰座椅、顶棚中即应用了此类面料；或者以海岛纤维为原料，通过织造或者非织造铺网针刺工艺，同时进行聚氨酯树脂含浸和碱减量开纤，制备具有高级柔软触感的仿麂皮面料应用在中高端汽车内饰座椅、门饰板、仪表板和车顶等区域，目前合资品牌和自主品牌车型中多有应用。除此之外，通过接枝共聚等方式制备出具有良好吸湿性能和光泽感的超仿棉聚酯纤维，用于仿棉型手感内饰面料的开发；亦有采用具有高亮光的FDY长丝为原料，开发出具有丝绸般光泽和细腻顺滑触感的仿丝绸内饰面料；还可以通过纱线颜色与组织结构的巧妙设计，实现面料随角异色的丰富视觉效果。在汽车设计追求高感知品质的大趋势下，柔软亲肤、细腻顺滑的丝绒类面料、丝绸面料以及仿麂皮面料，在未来的汽车内饰设计中将会成为趋势。

2.5 生物基纤维

生物基纤维是重要的绿色、环境友好和原料可再生型纤维，它也是未来汽车内饰面料纤维原料开发的重要方向。东丽公司与美国Vrient公司联合研发出了首款百分百植物涤纶纤维。丰田汽车公司采用聚乳酸纤维为原料制备出了汽车内饰材料。由于生物基材料自身耐热性等理化特性以及汽车内饰面料较高的技术标准要求，使得生物基纤维在汽车内饰面料开发中的应用还存在一定的局限性，随着技术的发展，不久的将来生物基纤维材料用于汽车内饰面料的开发将成为可能。

3 内饰面料织造工艺

3.1 常用织造工艺概述

汽车内饰面料的常用织造工艺主要有机织和针织2类，机织又可以细分为机织平布、机织提花、双剑杆提花等；针织可分为经编和纬编，根据机型的不同经编又可以分为单针床和双针床2类，纬编可以分为圆机和横机2类。

3.2 新型织造技术

3.2.1 细旦高密织造技术

原料细旦化和高密的组织结构是机织类汽车内饰面料开发的趋势。常规的机织提花面料经密在270～560根/10 cm范围，使用的纱线规格多为33.3～66.7 tex聚酯长丝。细旦高密织造技术使用的纱线粗细在8.3～16.7 tex，面料的上机经密在800～1 200根/10 cm，这种细旦高密织物在织造过程中其纱线张力控制至关重要，同时要控制好车间的温湿度，减少静电及毛丝问题出现。如图2所示，DS品牌Aero Sport Lounge Concept概念车座椅面料即采用细旦高密度织造技术，非常精细的编织，光滑的表面，丝绸般的触感，具有无与伦比的强度、柔软度和舒适感。

图2 细旦高密丝绸触感机织座椅面料

3.2.2 双经轴织造技术

机织类汽车内饰面料的设计开发中，根据色彩纹理和视觉效果的设计需要，经常会遇到采用2种粗细、送纱量或者性能差异较大的纱线作为经纱，为了保证织造的顺利进行，一般多采用具有2套送经装置的双经轴织机进行织造。每套送经装置通过伺服电机、传动齿轮、后梁以及张力装置等进行控制，双经轴的摆放可以是上下式，节约空间，也可以是前后并列式。超高经密的面料织造时，为避免出现经纱层叠问题，也常采用双经轴工艺进行织造。双经轴机织面料多用于汽车内饰座椅上，奥迪Q2座椅上有此织造技术制备的面料。双经轴织造工艺相对复杂，过程控制要求较高，成本也较高。

3.2.3 电子横移高速经编织造技术

无独有偶，来自十建公司下属工程项目部的总工程师胡善芳，一说起“创新”就像被点了“激活”按钮。在十建公司今年征集的167项创新成果中，他个人独自研发18项，参与研发7项。他认为：“创新要从一线来用到一线去。”

随着经编机制造技术的发展，电子横移机构逐渐取代了采用花盘、链块的机械式横移机构。电子横移高速经编织造技术可以实现花型的自由更换，方便快捷，可以突破花型循坏的限制，在高速条件下稳定运行，这些都是具有机械式横移机构的经编机所无法实现的。电子横移机构的应用为经编机实现高速高效发展奠定了技术基础。

3.2.4 大隔距间隔织物织造技术

大隔距间隔织物的织造技术主要是利用经编双针床设备进行的，通过调整经编机前后针床间的隔距，可以实现不同厚度的间隔织物的织造。用于开发大隔距间隔织物的经编机，一般多为6把或者7把梳栉，前2把梳栉用于面层织造，后2把梳栉用于底面织造，中间2把或者3把梳栉用于中间链接层的成形。面层和底层多采用聚酯DTY低弹丝作为原料，为了保证成形需求及间隔织物的压缩回弹等性能，多采用聚酯单丝作为原料。汽车用大隔距间隔织物的厚度在4～10 mm范围内，主要应用于座椅面料或者通风座椅骨架、仪表板或者门板基层等区域；还可以通过胶水或者胶膜复合取代海绵，实现与织物面料或者皮革材料的多层贴合。大隔距间隔织物织造过程的厚度均匀一致性控制是重点和难点，厚度不均会影响零部件成型和外观质量。一汽红旗HS7仪表板包覆中应用了此技术制备的间隔织物。

3.2.5 飞织织造技术

飞织技术又称飞线技术，最早应用在运动鞋的设计开发中。飞织技术可以实现面料丰富的组织纹理和结构变化，赋予面料非常好的弹性、延展性和优异的透气性。同时，利用飞织技术的成形特点，根据实际需要，利用全自动的电脑横机，通过数据编程和自动编织，可以实现产品的一体成型，减少原有的裁剪与缝制加工工序，开发出半成形或者全成形的内饰飞织面料，革新原有的裁剪、缝制等工艺流程，实现内饰件的半成形包覆或者全成形包覆。如图3所示，Polestar概念车Precept中座椅就是采用3D飞织技术一体成型制备的。飞织织造技术的加工效率相对较低，可用幅宽受限，工艺也较为复杂，尤其是3D一体成型技术，成本也较高，这也在一定程度上限制了其推广应用。国内主机厂多采用飞织技术进行2D平面织物的设计开发，且多以片材形式进行。

图3 3D飞织技术一体成型座椅

4 内饰面料染整工艺

4.1 染色技术

汽车内饰面料所用的纤维材料多为聚酯纤维，这就决定了其染色加工技术的特殊性。聚酯纤维亲水性差，分子结构中缺少活性基团，分子排列紧密，因此染色上染的难度较大，需要在高温高压的条件下进行。

4.1.1 低温染色技术

高温高压染色技术，对于能源的消耗量较大，产生的废水污染物也较多，染色成本较高。降低染色温度、减少能耗，降低染色成本，一直是行业内研究的热点问题。通过染色载体的引入，染色温度可以从目前的130～135℃降低到95～110℃，亦可获得比较好的染色效果和色牢度。但是对于染色载体的选择和应用需要比较谨慎，要充分考虑载体引入后对生态环境、产品健康安全的影响。

相比较家纺服装产品，汽车内饰面料对耐光色牢度有着很高的要求。对于染色面料来说，实现其较高的耐光色牢度功能需要选择具有高耐光的染料并配合合适的染色工艺，如前处理工艺、升温速率、保温时间以及后处理工艺等。一般情况下，延长染色保温时间能够降低升温速率，充分的后处理是保证染色均匀性和染色牢度的关键控制点。根据具体产品和工艺的需要，可以添加适量的日晒增进剂，提高产品的耐光色牢度。汽车仪表板、遮阳帘、遮阳板及座椅用面料多采用此染色技术，确保使用过程中面料色牢度满足要求。

4.2 后整理技术

4.2.1 常用的后整理技术

汽车内饰面料常用的后整理技术，主要包括热定形、平幅水洗、干洗、机械预缩、汽蒸预缩、平幅气流洗、拉毛、剪毛、磨毛等整理工艺，根据不同的产品特点及开发需要可以选择不同的组合工艺[2]。

4.2.2 功能整理技术

汽车内饰面料的功能性也是产品开发的重点。对面料进行阻燃整理、抗静电整理、抗耐磨整理、硬挺整理、柔软整理、三防整理等，一般都可以通过浸轧整理剂溶液的工艺实施。部分产品需要进行多种功能叠加的复合功能整理，需要对助剂的相融性及浸轧方式进行优化选择，如阻燃和三防整理，可以选择相容性好的2种助剂进行同浴一浸一轧方式进行，也可以采用分步式进行整理。对内饰面料进行复合功能整理是汽车内饰面料的应用趋势，2020款荣威RX5顶棚面料即采用复合功能整理技术赋予其抗菌、三防和阻燃功能。

涂层也是常用的整理工艺，一般都是采用刮刀式涂层头进行。涂层胶的类型以水基的丙烯酸类和聚氨酯类为主，丙烯酸最常用，聚氨酯类成本相对高一些，但具有较好的弹性。根据实际需求可以选择对涂层胶浆进行泡沫加工，亦可在涂层胶中加入阻燃剂、抗菌剂等功能材料，对面料进行功能性的涂层整理。

5 内饰面料后加工工艺

近年来，汽车消费群体呈现年轻化趋势，对内饰面料的需求也朝着时尚化、个性化和高品质化发展，越来越多的加工技术和工艺被应用到汽车内饰面料的设计开发中，为消费者提供了更多维度多重感官的价值体验[3]。

5.1 数码印花技术

数码印花工艺因其所具有的生产高效、设计开发便捷等特点，在民用纺织领域应用较多。由于高耐光色牢度墨水技术的不断成熟，数码印花技术也开始逐渐在汽车内饰面料的设计开发中应用。除了在织物面料表面进行印花外，还可以在涂层织物如PVC人造革和PU合成革上进行印花。上汽MG3概念车座椅面料曾应用过数码印花技术；此外，在合成革表面进行数码印花也是汽车内饰材料的设计开发趋势。

5.2 镭雕技术

在仿麂皮面料或者丝绒面料表面，利用激光的烧蚀作用，在织物表面形成特定的花型纹理，这个新技术也已开始在汽车内饰面料中使用。通过调整激光的能量及速度等参数，可以实现镭雕纹理的深浅及视觉层次感。在PVC和PU革表面亦可进行镭雕加工。

5.3 熔接技术

将塑料材质与纺织面料熔接，形成材质和色彩的对比，也是目前汽车内饰面料设计的一种创新手法。这种技术，主要是采用热塑性的PVC或者TPU材料，通过高周波的作用实现其在织物面料表面的熔接。2020款一汽奔腾E01座椅面料中应用了熔接技术。

5.4 烫印技术

将设计的花型纹理雕刻成烫印平板或者圆辊，在高温和压力的作用下，将模具纹理烫印到织物或者皮革表面，赋予织物和皮革3D立体视觉效果，这个工艺就是热烫印技术。花型纹理可以是极细纹理的线条，也可以是较大的块面，可以是平面直压亦可以实现带有一定坡度或者弧度的立体压纹[4]。烫印纹理的层次感可以通过模具中纹理的高低不同进行设计。烫印技术应用较为广泛，经过烫印的内饰材料其应用已经从传统的座椅面料扩展到门板、仪表板、扶手等零部件区域。