PP玻纤板基模压内饰件异味来源和控制方法研究

张亮　廖兰　何家志　李静　刘倩　王泽升

摘 要：选取PP玻纤板基材，从原材料组成、材料生产工艺、烘箱类型、零件模压工艺、模压设备、生产和储存环境及后处理方面系统研究了模压成型内饰件异味的主要来源和控制方法。结果表明，选用低气味的PP纤维和玻璃纤维表面处理剂、适合基材烘烤的烘箱种类，合适的成型工艺（包含烘烤温度和时间）、干净的模具表面，良好的生产和储存环境，以及后处理措施能有效提升模压内饰件气味。

关键词：轻质GMT PP玻纤板 内饰 模压 异味 控制方法

1 引言

进入到21世纪，随着我国综合国力的增强，人民生活水平的显著提高，人们对汽车的需求开始从最初简单的代步工具上升为舒适的移动空间，这就要求汽车在品质上进行不断提升[1]。汽车自身的机械性能和舒适性作为衡量汽车安全、品质的重要标准，历来都是人们重点关注的对象。然而，与以往不同的是，随着新闻媒体对车内空气污染危害的不断曝光，加之受突发新冠疫情的影响，人们对环保健康越来越重视，车内异味问题自然受到消费者的重点关注，甚至已成为购车后投诉抱怨最多的问题之一[2-3]。因此，如何降低车内异味成为了主机厂迫切需要解决的难题。

目前，各大主机厂对整车气味管控的方法为：整车分解到零件，零件再分解到材料，这样逐级严格管控[4]。驾驶舱内非金属零件主要有两大类：注塑件和模压件（主地毯、前围、顶棚、衣帽架、备胎盖板、行李箱侧地毯等）。模压件在汽车座舱中占面积很大，对车厢内气味有很大贡献作用。基材作为模压件异味来源的主要源头，在气味管控中尤为关键。模压内饰件常见基材主要为：刚强度板材类、毛毡类和面料类。常见的刚强度板材有麻纤维板、木粉板、木纤维板、PP玻纤板、PP玻纤纸蜂窝板（PHC干法）、PU玻纤纸蜂窝板（PHC湿法）、PP蜂窝板（美瞳板）、PP玻纤PP窝板等。麻纤维板、PP木粉板，木纤维板，这些材料常温下就能闻到明显的洋麻，木粉气味，经过成型烘烤后，气味更加浓烈，容易随模压成的零件散发到车内，造成整个车厢内都有洋麻，木粉夹杂着焦糊味的气味。这种异味在夏天，尤其是温度高的时候，尤其强烈，容易引起乘客不适。此外，由于麻纤维板，PP木粉板，木纤维板的气味属于根本属性，且VOC易超标，整改难度很大，国内已逐渐趋于淘汰。PP玻纤纸蜂窝板、PU玻纤纸蜂窝板由于芯层为纸蜂窝，纸蜂窝主要是由再生纸浆制成，气味VOC不好，行业内也逐渐被气味VOC表现好的PP玻纤PP蜂窝板等代替。

此外，模压内饰件组成材料多为疏松，多孔材料，具有比较强的吸附性，容易被外界环境污染或者吸附异味，这些进一步增加了模压内饰件气味管控的难度和不确定性。因此，针对内饰模压件异味控制，有必要对其可能的气味贡献源做清楚的梳理，然后从各个环节系统地加以控制。尽管模压基材种类繁多，但成型工艺基本相似，因此，我们可以考虑选择一种基材入手，从整个生产流程上去研究分析气味的主要来源和控制点。

長玻纤增强聚丙烯纤维毡，简称轻质GMT材料，又叫PP玻纤板，由于质轻、尺寸稳定好、气味VOC好、成型工艺简单，价格低，目前广泛应用于汽车衣帽架、顶棚、行李箱侧地毯等[5]。本文选取PP玻纤板基材，从原材料组成、材料生产工艺、烘箱类型、零件模压工艺、模压设备、生产和储存环境及后处理方面研究了模压件异味的主要来源和控制点，旨在为提升车内模压件气味提供良好的解决思路和指导方向。

2 主要影响因素和原因分析

2.1 原材料

2.1.1 材料定义

GMT材料，全名叫玻璃纤维毡增强热塑性材料。按照结构和成型工艺不同，行业内主要分为两类：轻质GMT材料和重质GMT材料[6]。轻质GMT材料最常见以聚丙烯纤维为基体，加入玻璃纤维，混合，梳理，针刺，烘烤、模压，附胶膜和无纺布成型。因此，又叫PP玻纤板材料。通常行业说的轻质GMT材料，在无特别明确时，往往默认指的就是PP玻纤板材料。

如图1，PP玻纤板材料由胶膜、芯材和无纺布三层结构组成。最上层透明胶膜烘烤后会融化，起到模压过程粘接装饰面料，按照材质，常见有PP胶膜和PE淋膜两种;中间层为芯材，由PP纤维和玻璃纤维组成，作为基材骨架，克重由主机厂可定义;底层为无纺布，起到装饰，防止漏玻纤，常见的有水刺热轧无纺布和针刺无纺布。此外，无纺布的克重、类型和风格，也可由主机厂定义。

2.1.2 原材料组成

PP玻纤板原材料组成和特点见表1。

2.1.3 原材料气味来源

PP玻纤板材料主要由PP纤维、玻璃纤维、无纺布、胶膜组成。常温下，对PP玻纤板的组成原材料分别进行气味评价，胶膜和无纺布常温下无异味，PP纤维和玻璃纤维常温下就能闻到明显的异味。PP纤维有种墨臭味、玻璃纤维有油剂的油焖味。PP纤维异味的来源：为增加纤维的可纺性及减少缠结，通常纤维材料在拉丝过程，表面要涂覆油剂，这种油剂成分比较复杂，通常由低分子混合物组成，材料在加工过程中，高温环境下，这种小分子油剂易挥发，产生异味，甚至分解产生VOC有害物质，因此，纤维材料表面的油剂应选用低气味VOC，热稳定好的油剂。玻璃纤维异味来源：（1）无机材料与PP纤维相容性差，表面需要涂覆油剂进行改性，改性用到表面处理剂有比较大异味，表面处理剂由偶联剂，成膜剂，润滑剂和抗静电剂等组成[7];（2） 原材料使用废纱（断丝）回收利用（不正规厂家会将废纱回原炉，正规厂家会变废单另回炉为低端使用）。此外，国内使用的表面处理剂大多为进口的油剂，这给从源头上改善增加了不少难度。

2.2 原材料工艺

PP玻纤板材料行业内主要有两种生产工艺：干法和湿法，目前国内生产和在使用的绝大多数都是干法工艺生产的PP玻纤板。本文研究的为干法PP玻纤板。

干法PP玻纤板生产工艺分为两道工序，工序一：PP玻纤毡制备，是将玻璃纤维与PP纤维混合，开松、梳理、针刺固结制成毛毡;工序二：PP玻纤毡经过烘烤，附胶膜和无纺布经过辊压形成PP玻纤板。

工序一：如图2，由于制PP玻纤毡全过程为物理机械加工，无烘烤加热等环节，对零件气味VOC没有贡献。

工序二：如图3，烘烤工艺影响比较大，温度需要适当，否则容易烤糊产生异味。此外，烘烤烘箱是非常长的，且是密闭的，应有抽风系统，及时将烘烤出来的异味脱除，确保不会发生窜味和污染风险。同时要避免未脱除的异味散发到空气中，污染车间零件和材料。

2.3 烘箱种类

模压零件材料成型前基材一般要进行烘烤，目前，按照加热原理，常见的烘箱的类型主要分为三种：接触式加热板烘箱、远红外热辐射烘箱（陶瓷片和红外灯管），热风循环烘箱， 详见下表2。

我们选取接触式加热板烘箱，采用接触式测温仪，将烘箱温度设置为215℃，测量了加热板不同区域表面温度。为了准确获得烘箱下加热板实际温度，如图5所示，先将将加热板表面划分为12个小区，测量时测取每个小区7个测试点，测量结果见表3。

如表3，我们可以看出，接触式加热板烘箱各个区域温度存在差异。靠近进油口，中心位置，油管上的温度偏高，远离进油口，靠近边缘位置温度相应偏低，热损失大。接触式加热板表面温度不均匀，板材在烘烤过程由于是接触式烘烤，容易被局部烤糊。此外，我们采用热电偶+数据采集器的方式，测量了远红外热辐射烘箱里面基材表面的真实温度。热辐射烘箱烘烤过程，由于材料在中间铁丝网上，不直接接触烘箱，加热片辐射热量到基材表面，基材表层和芯层会同时烘烤。因此，更适合表层和芯层都要烘烤的基材，比如PP玻纤板。但需要注意的是，热辐射烘箱烘烤过程为密闭状态，由于烘箱每次开启，靠近出口位置，温度容易损失，而靠近里面的温度容易积累，造成内外温度不均。为弥补这种差异，需要在烘箱设置温度时，里面温度适当低些，外部温度适当高些的原则。

通过上述研究我们发现并不是每种烘箱都适用于各种基材，烘箱选择不当对成型零件气味，性能影响也比较大，甚至烘烤出来的零件带有刺鼻的焦糊味。因此，合理的选择适合于基材的烘箱也应成关注的重点。接触式烘箱适合于表层需要烘透，但芯材要保护的PP玻纤蜂窝板材料，热辐射烘箱更适合于PP玻纤板等表面芯层都要烤透的材料，热风循环烘箱适合于多孔的棉毡材料。

2.4 零件加工工艺

模压零件烘箱的工艺参数，包括烘烤温度，烘烤时间都要严格管控。我们实际研究时发现，供应商大多数在烘烤时，工艺参数都是凭借经验，为了提高生产效率，大都采用的是“高温短时间”烘烤模式，研究发现，烘箱温度过高，材料容易在烘烤中降解，产生异味。本文选取PP玻纤板基材，接触式加热板烘箱，研究了成型工艺对衣帽架零件气味的影响。

PP玻纤板材料属于热塑性材料，在成型前要进行烘烤，烘烤的原因：

（1）PP纤维融化，材料膨胀，热压时具有可塑性;

（2）正面胶膜融化，具有粘結性，热压时粘接面料。

烘箱烘烤温度设置过低，PP玻纤板烘烤不透，压出来的零件会出现翘曲，变形，面料起皱分层等外观质量问题，烘烤温度设置过高，又会造成PP玻纤板局部受热过多降解，产生糊味。因此，烘箱温度和时间要设置适当。一般PP玻纤板材料表面温度达到175℃左右，PP纤维就可以完全融化，材料被烤透。我们用基材克重为2000g/m2的PP玻纤板，按照下表温度设置，我们烘烤并模压零件，直接用鼻子进行了评价。

如表4，我们发现烘箱温度设置高，烘烤时间长，零件出现糊味，说明材料在烘烤过程温度过高，材料出现降解，烘烤温度低，烘烤时间短，零件在做试验时又出现分层性能问题，这说明材料内部未完全烘烤透，烘箱设置温度220℃，烘烤时间210230s，模压的零件试验后未出现性能问题（基材与面料无分层），又无异味，这说明如表4该工艺参数适合于该零件加工。

由于本次我们验证的PP玻纤板克重为2000g/m2，如实际应用中还需要考虑以下其它影响因素：

（1）PP玻纤板克重（影响烘烤时间，克重高的烘烤时间要相对长点，否则烤不透，克重低的，时间需要短些）;

（2）地区环境温度差异、季节环境温度差异等（烘箱设备热量损失）;

（3）PP玻纤板本身品质差异（不同厂家原材料、设备、工序有差异，材料品质和工艺也有差异）;

（4）零件型面结构和复杂程度;

（5）设备质量、使用年限等（影响烘箱温度控制精度）。

综合以上，模压内饰件生产时，前期在试模阶段应把气味问题考虑进去。供应商首先要了解基材的耐热性，结合材料类型特点，根据材料耐热性调试合适的工艺参数，选取合适的加工工艺，减少后期发现气味VOC问题，再回头调整工艺，而导致性能和气味VOC冲突问题。

2.5 模压设备

模压生产用到的模具为防止运输过程或不使用状态生锈，保养时表面会涂防锈油。防锈油在模压过程会污染零件。因此，首次生产前，需要检查模具表面是否残留防锈油。检查的方法，可以选用干净的浅色面料或者其它软质的白布擦拭，观察表面是否有黑色油污。如果存在防锈油，可蘸取工业酒精擦拭干净，防止污染零件（注意酒精属于有机溶剂，对模具表面可能会存在腐蚀，对于表面精度要求非常高的模具，不适合或者需要确认）。建议最初几模零件不要，具体根据实际零件大小及情况确定。

2.6 生产和储存环境

模压零件基材由于材料大多都是多孔结构材料，本身的吸附性较强，这就要求生产或储存模压零件现场附近不能有异味大的污染源，同时，生产现场和存储在规划时，尽可能外饰件与内饰件不要放在同一车间，应分开放置。另外，现场应确保空气流通性好，必要的时候可以增加电风扇或者落地扇定时开启，加快空气流通，气味快速散发;包装材料也可以选用透气或者打孔，方便气味散发，储存方面可以按照先进先出原则，在不增加存储成本前期下，尽可能延长存放时间，让气味在此过程快速散发，减少装车后散发到车内。

2.7 后处理

车内异味管控是一项系统且复杂的工作，涉及原材料，加工工艺、设备、装配、包装、生产环境，储存环境、物流运输等，任一环节的波动都会影响最终的结果，一致性控制难度很大。行业内对整车的管控，一般通过正向研发，即通常将整车目标分解到零件，零件再分解到材料来严格管控。尽管主机厂在研发阶段都会有严格的管控，但有机非金属材料的散发特性决定了多少会带有点气味，可以控制在合理内，但无法从根本上消除。因此，有时候从源头上解决气味，成本比较高，或者技术难度比较大，这时可考虑采用一些特殊的后处理措施，但这些措施要能量产实施。常见的方法有：烘烤，主动通风，延长物流周期等。烘烤主要是在基材成型前对基材进行烘烤除味，将异味早期脱除;主动通风主要是利用多孔材料散发性强的特点，通过增加电风扇或者利用自然风，加快零件存储环境空气流通，促进气味快速散发;延长物流可以认为是间接增加通风时间，通过延长物流，让零部件有比较充裕的时间进行气味散发，以便减少装到车内散发在车内。此外，还可以通过一些设计改进来改善，例如顶棚、衣帽架零件下线后，可以放在四周无帆布遮挡的料架，通风有效散发。

3 结语

结果表明，选用低气味的PP纤维和玻璃纤维表面处理剂、适合基材烘烤的烘箱种类、合适的成型工艺（包含烘烤温度和时间）、良好的生产环境、储存环境以及后处理措施对模压零件气味的提升有很大的改善作用。前期在选择材料时，应该选择低气味表面处理剂，应该根据材料的特性，选择合适的烘箱种类;成型烘烤工艺在确定时，应该首先了解材料的耐热特性，选择合适的烘烤温度范围及烘烤时间，模压零件由于基材多孔疏松，吸附性比较强，因此，生产和储存环境要确保无异味，且要保持良好的通风，在正常生产工艺，可以通过强制通风或增加电风扇单独通风，加速异味散发。首次生产前，需要检查并将防锈油擦拭干净，防止污染零件。

参考文献：

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