汽车座椅面料的复合工艺及其影响因素

2021年4月18日
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摘要

着重介绍汽车座椅面料的火焰复合工艺,从其发展现状、原理、工艺流程及影响因素展开叙述; 并以热熔法为例,讨论了汽车座椅面料复合工艺的发展趋势。汽车座椅面料的复合工艺正向着高性能、绿色环保的方向发展。

摘要 为了提高汽车座椅面料的性能,保证产品质量,汽车座椅面料生产企业需要合理选择复合工艺并控制其工艺条件。汽车座椅面料大多是一种由表层织物、聚氨酯泡沫材料及底衬织物或聚酯薄膜经复合而成的复合材料,其性能不仅仅由其纤维、纱线、织物结构所决定,复合工艺在很大程度上也影响着汽车座椅面料性能的好坏。

 

着重介绍汽车座椅面料的火焰复合工艺,从其发展现状、原理、工艺流程及影响因素展开叙述; 并以热熔法为例,讨论了汽车座椅面料复合工艺的发展趋势。汽车座椅面料的复合工艺正向着高性能、绿色环保的方向发展。

 

关键词 汽车座椅面料; 火焰复合; 影响因素; 热熔复合; 发展趋势

 

随着当今社会汽车行业的迅猛发展,汽车用纺织品也在经历着变革。虽然汽车用纺织品仅占整车零部件数的 1%[1] ,但涉及的品种多,范围广,越来越受到业内人士及消费者的关注。汽车座椅面料不同于传统织物面料,大部分是由表层织物、聚氨酯泡沫材料及底衬织物或聚酯薄膜经复合加工而成的复合材料。因此,其复合工艺对汽车座椅面料的性能影响起着至关重要的作用。

 

当前汽车座椅面料生产企业仍较多采用火焰复合工艺,但其由于环境污染问题,进入 20 世纪 90 年代以来,随着多种环保、低成本黏合剂的发明,传统复合工艺正逐渐被黏合剂层压复合或热熔复合所取代[2]。了解掌握汽车座椅面料的复合工艺及其工艺的影响因素,对今后汽车座椅面料的加工生产,提高产品质量及自主研发有着重要意义。本文介绍了火焰复合工艺及热熔复合工艺的各项影响因素,对我国汽车座椅面料的自主开发,提高面料的性能,保证其产品质量有积极意义。

 

1. 我国汽车座椅面料发展现状

 

我国的汽车座椅面料经历了从依靠进口供货到逐步国产化供货的过程。20 世纪 80 年代中期,国产化汽车座椅面料宣告诞生,但多为中低档粗犷型机织座椅面料,随着国内汽车企业的不断技术创新, 如今已发展到高档纬编针织绒座椅面料。从无到有,从低档车到高档车,开创了我国汽车座椅面料全面国产化进程的新阶段[3]。

 

在不断发展的过程中,我国汽车座椅面料生产企业仍面临着诸多困难。由于我国汽车座椅面料发展的历史较短,而且目前国内生产企业基本上还停留在价格竞争层面,很多产品达不到国际先进产品标准的生产条件和管理水平; 生产企业集中于中小型企业,除了江苏旷达汽车织物集团等少数几家大型企业外,大多规模偏小,研发投入偏低,产品科技含量低,品牌效应不强; 在国内产品需求量逐年增大的市场前提下,出现供需不平衡现象,部分高端面料仍全部依赖进口,一些关键性原材料和染料、助剂等也需从国外引进[4]; 没有统一的汽车用纺织品的国家测试标准,使得整车厂不得不将测试转向国外,从而花费昂贵的测试费用。

 

2. 汽车座椅面料的性能要求

 

汽车座椅面料作为一种特殊的产业用纺织品, 应满足外观和内在质量等多方面的要求。它是由表 层织物、聚氨酯泡沫材料、底衬织物或聚酯薄膜经复合加工而成的复合材料,和传统纺织品相比,它在耐 摩擦性、色牢度、织物强度等方面具有更高的性能。

 

1) 耐磨性。汽车座椅用纺织品长时间在较大压力下经受持续的摩擦,所以,汽车座椅用纺织品要维持一定的使用寿命,必须具备良好的耐磨、耐压性能。同时,为了保持座椅的美观,还要求座椅用纺织品 在使用过程中 尽 量不产生勾 丝和 起毛起球现象[5]。

 

2) 色牢度。汽车座椅面套被固定于座椅上,要经受住长时间的摩擦,其是否掉色是座椅面料质量性能好坏的重要体现[6]。

 

3) 织物强度。断裂强力、断裂伸长率是织物测试的基本项目,与织物的成分含量、组织结构、经纬密等密切相关。同时,汽车座椅面料在实际使用过程中可能会受到尖利物体的外力作用而产生撕裂破坏的现象,抗撕裂强力不高则会严重影响其使用寿命,所以面料的抗撕裂性能也是一项重要考核内容。

 

与传统面料不同的是,影响上述性能的因素不仅仅是纤维、纱线性能,组织结构等,而且还与面料的复合工艺有联系,复合工艺的好坏直接影响面料的综合性能。

 

3. 汽车座椅面料的复合工艺

 

涂层和复合技术被广泛用于提高和加强不同使用条件下纺织品的性能[7]。纺织复合技术一般是指将 2 种或 2 种以上不同性质的纺织材料在一定条件下进行某种合理的有机组合而固结在一起形成性能比其组成材料更为优异的某种新型材料的工艺过程。它采取相互取长补短的办法,使材料性能优势互补有机融合并实现质的提升,最终使纺织品向着高效能和高档次方向发展[8] 。

 

汽车座椅面料的复合工艺一般包括干法复合、湿法复合等。虽然当前方法众多,但在成本、工效、操作成熟度等因素的综合考虑下,火焰复合工艺仍然在汽车座椅面料的生产应用中最为广泛。

 

4. 火焰复合工艺

 

火焰复合的纺织品是涂层织物的进一步发展, 它根据不同用途需要,选择不同织物面料与不同厚度的聚氨酯泡沫薄片,用火焰加热复合而成。火焰 复合纺织品具有质地轻,弹性好,手感丰满,透气,保 暖等多种功能。产品用途广泛,可用于制作汽车、飞 机、轮船的座垫套以及鞋、帽、手套、服装、卫生间用 品、地毯等装饰用品。

 

4. 1火焰复合工艺历史及现状

 

火焰复合技术与设备,在 20 世纪 70 年代已在国外的工业发达国家广泛应用; 在我国“七五”期间,此项技术发展很快[6] 。上海市纺织科学研究院于 1985 年建立“多层次叠层火焰复合纺织品工艺与设备研究课题”通过国内外资料调研,小样工艺试验和大样设计制造取得了初步成效。1986 年与上海东风化工厂合作,通过 2 年多的努力,研究成功了国产 第 1 套 钻 孔 机、刨 片 机、火 焰 复 合 机 全 套设备[9]。

 

三十多年的发展,火焰复合技术已经在我国汽车用纺织品生产企业中被广泛应用。虽然其存在着环境污染等不利因素,但具有复合效果好,手感佳等优点。所以,目前国内多家汽车用面料生产企业都仍采用火焰复合进行加工。

 

4. 2 火焰复合工艺原理与流程

 

火焰复合主要是把聚氨酯泡沫材料和织物 1 层或多层叠加在一起,得到平挺、牢度良好的复合材料[8]。这是 1 个比较复杂的问题,面料和聚氨酯泡沫材料种类不同,机制也不完全一样。但都是利用丙烷/ 空气火焰加热软质聚氨酯泡沫材料表面层,使其部分降解成为含有与聚合物结合的异氰酸酯基团( —NCO) 的黏稠物,它与织物表面的羟基或氨基等发生化学反应[10],在 2 个表面间活性位置发生了化学键合,再加上由于黏合剂渗透入基质引起的机械黏合力,使得两聚氨酯 泡沫与织物紧密黏结在一起[11]。

 

火焰复合工艺的工艺流程一般如下:泡沫材料切块→钻孔→刨片→泡沫薄片加热部分降解 → 与织物复合 → 打卷 ( 放置 24 小时后) 产品[10]。

 

4. 3 火焰复合工艺的影响因素

 

影响火焰复合纺织品复合效果的因素一般可概括为复合过程中的机械工艺参数及复合基材的性能。

 

4. 3. 1 工艺参数

 

目前我国各个汽车纺织品生产厂家使用的火焰复合机数量众多,型号规格各不相同,但影响复合效果的机械工艺参数都可归纳为如下几个方面:

 

1) 火口工艺。火口工艺一般包括火焰温度和高度,它们可通过调节燃气与空气混合比及压力来控制。为了提高复合加工速度、减少聚氨酯泡沫材料消耗、提高黏结强力,一般采用高温热气浪向聚氨酯泡沫传递热量。这种形式一方面能一定程度地提高火焰温度,与此同时也确定了火焰高度; 另一方面,减少了因火焰与聚氨酯泡沫直接接触而产生的材料消耗及性能劣化现象。

 

2) 复合速度。实际生产过程中,通常复合机台的火口工艺变动并不频繁,更多的是调节复合速度。速度高时,材料迅速通过火口,聚氨酯泡沫因未能充分受热而无法产生足够有效的分子流体,与面料的黏结强力较小; 而速度过低时,聚氨酯泡沫受热时间相对较长,分子流体分解过度,黏结强力也趋于减小,同时聚氨酯泡沫厚度方向产生较大消耗、复合面 料表面产生渗料。因此在实际复合过程中存在 1 个最佳复合速度。

 

3) 轧距工艺。轧距的大小影响着轧辊对材料的压力大小。复合时,轧距小,材料受到轧辊压力 大,有利于聚氨酯泡沫受热分解所产生的分子流体与面料充分接触,从而提高黏结强力,但轧距过小则 易使聚氨酯泡沫产生累积变形,使得黏结强力不匀, 甚至引起燃烧; 另一方面轧距过大,在复合处对材料的握持力不够,会使面料、底布、聚氨酯泡沫三者张力协调不佳,复合产品出现脱黏和皱痕等疵点。

 

4) 张力问题。面料与聚氨酯泡沫的模量相差很大,复合过程中材料的张力会直接影响到复合产品外观质量。若不同材料间张力协调不好,在外观上会引起脱黏、皱折、扭曲、纬斜等不良现象; 张力过大,不同材料的变形回复能力差异大,蠕变量大,造成黏结强力不匀、内应力大且不匀的现象[12] ; 张力过小,材料在复合过程中受到的牵伸力小,亦会引起褶皱现象。

 

通过调节控制上述复合工艺参数,可生产出不同物理结构与性能的火焰复合产品。除此之外,聚氨酯泡沫的结构与性能包括孔径、密度、孔隙率、厚度、模量等,也对复合效果起着重要影响。

 

4. 3. 2 泡沫材料性能

 

火焰复合使用的泡沫材料类型是具有氨基甲酸酯表示特征的聚氨酯泡沫材料,它有聚酯型和聚氨酯型 2 大类。聚氨酯型泡沫材料又分为非阻燃型和阻燃型 2 种。不具有阻燃性的普通泡沫材料,很容易燃烧分解,在火焰复合的加工条件下很难有足够量的泡沫处于熔融状态,影响复合效果。因此采用经火焰灼烧的熔融而不燃烧的阻燃型聚氨酯泡沫材料,能很大程度提高复合产品的质量和合格率[13] 。

 

泡沫材料密度可分为轻泡、中泡、重泡 3 种。一般轻泡密度在 25 kg / m3 以下,气孔大。在火焰加热时火焰穿入气孔结构内部,会使泡沫塑料内部发生降解,使泡沫损坏,导致复合黏合牢度差,复合厚度差也大。一般说来,在同一条件下,火焰复合牢度随着泡沫塑料密度增加而增大。这主要是由于泡沫层表面在热降解时能产生较多—NCO基团,能与织物产生化学键合。在实际生产中,既要保证产品的黏合牢度,又要考虑降低成本,加工汽车座椅面套等工业用可选用重泡,密度为 35 ~ 40 kg / m3 的泡沫塑料。

 

聚氨酯泡沫材料模量低,故剥离时其应变大,即火焰复合材料各组分剥离时为非线性剥离界面,且有一定体积聚氨酯泡沫材料受拉伸力作用,在剥离界面上应力最大。实验得出,一般聚氨酯泡沫层厚的黏结强力值越大,即复合效果好; 复合材料的黏结强力还与聚氨酯泡沫材料的密度有关,一般密度越大,黏结强力越大; 此外,孔径大小对热灼气浪的通过也有影响,孔 径小而均匀,结 构有利于承受大负荷。

 

除聚氨酯泡沫性能外,火焰复合的汽车座椅面料的综合性能还受到表层织物的原料和组织结构的限制。多项工艺参数及复合基材性能的影响,使得火焰复合汽车座椅面料的性能很难得到较为全面的研究。

 

5. 新型层压复合

 

当前火焰复合工艺已被广泛使用,其工艺具有产量高,耐洗性好,改善织物性能,经济效益高等优点,但火焰复合也有不可避免的缺点,主要体现在易造成环境污染和对操作工人的伤害,产品撕破强力低下,火焰燃烧过程中易烧蚀聚氨酯泡沫层而引起物料浪费,及引发水解反应使聚氨酯泡沫降解导致产品性能劣化等。

 

在绿色环保理念深入人心的今天,汽车座椅面料生产企业开始由火焰复合转向了层压复合[14],其中对环境友好的水基胶法及热熔复合法越来越受到重视。

 

5. 1 水基胶法

 

利用水基胶的层压复合可以在经过改造的溶剂胶层压复合设备上进行,通常不需要在设备和培训上进行大规模投资。水基胶包括水溶性胶和水乳胶,其中大量应用的一般为水乳胶。水乳胶的涂覆方式可以采用刮涂、辊涂和喷涂等,然后通过红外线预烘后马上与另一基材加压贴合,在烘箱中蒸发掉水分,交联固化,经冷却完成复合过程[15] 。

 

水乳胶层压复合法对环境污染小,复合面料不易燃且手感好,设备投入较小,但是其占地大,能耗高,产品在润湿性、渗透性、黏结强力还存在一定的不足[16]。

 

5. 2 热熔复合法

 

另一种更为关注的层压复合方法为热熔复合法。热熔复合法是利用热塑性的热熔胶,在加热温度超过其熔点时产生相当高的黏合力而将 2 层物质黏合在一起,冷却后形成永久性黏合[17] 。相较于火焰复合,热熔复合适合轻薄和厚重产品的加工,并能获得极好的黏结强力; 同时由于黏合剂几乎不产生渗透,纺织品的透气性得到保证,对环境无害; 具有技术的多变组合型,可对不连续的纺织物或其它柔性材料进行复合[18]。

 

5. 2. 1热熔胶施加工艺

 

热熔胶的材料主要是熔型聚合物,其使用的最高温度一般由聚合物的类型和熔融黏度来决定[19]。按热熔胶的施加工艺特点,一般可分为: 以固体形态施加、以浆液形态施加、以熔融形态施加以及基材本身兼有黏合剂作用的直接黏合。

 

不同的施加工艺有其各自的适用范围及优点。固体形态施加中的热熔胶膜法避免了繁琐的施胶过程,操作简便,大大提高了工效,因而越来越为汽车工业生产所接受[20]; 而以熔融形态施加的方法成功解决了其他热熔胶耐热性、耐洗性差的缺点,也成为 纺织品层压复合技术研究的 1 个热点[21]。此外,还有喷射方式施加,具有减少加工过程中颗粒污染的优点[22]。根据不同产品的要求,选择施胶工艺,能 获得优质的热熔复合产品。

 

5. 2. 2热熔复合法影响因素

 

与火焰复合工艺相同,影响热熔复合产品复合效果的因素也包括其工艺参数及其基材性能,而其中纱线结构、面料规格对热熔法的复合效果影响更为显著。

 

1) 纱线结构。汽车座椅面料的材质以聚酯纤维居多,常用的有拉伸变形丝( DTY) 和空气变形丝( ATY) 。这 2 种结构的纱线中纤维相互分离或形成不规则的圈结和扭结,具有一定的蓬松性。热熔胶会与纤维相互黏结并产生一定机械嵌合力,而 DTY 的纤维与黏合剂产生机械嵌合力的有效长度大于ATY,且蓬松性优于 ATY,因此,DTY  的黏结强度较高,黏结效果较高。

 

2) 面料规格。面料的规格一般包括其厚度、平整度、紧度等等。当热熔胶施加的厚度大于面料的厚度时,易产生透胶现象,不利于复合面料的黏结; 面料的紧度也不易过大,否则复合后的面料硬挺度、手感等都会明显变差; 同时,当面料的表面不平整时,热熔胶易嵌入织物表面凹陷处,而不利于黏结, 黏结效果下降。

 

3) 工艺参数。热熔复合法的黏结工艺主要包括热熔胶的转移温度、复合压力、张力等。

 

温度升高,热熔胶的黏度降低,渗透能力增强, 能充分嵌入纤维中,与织物的接触面积增大,有利于 黏合强力的提高。不同的热熔胶需选择不同的转移 温度。

 

复合压力指压辊与织物间的压力,直接影响热熔胶嵌入织物的程度,确 保热熔胶能充分与织物接触。

 

张力的大小会影响面料的平整性,张力过大,面料被拉得很紧,易产生经向贴皱,成品也易发生卷曲; 但张力过小同样不利于热熔复合,影 响产品质量。

 

除上述参数外,热熔复合法由于采用热熔胶,需要一定的时间来使热熔胶发生反应产生交联从而形成黏合。因此该反应过程中的温度、湿度对黏合效果也有一定影响[23]。

 

5. 3 复合基材的发展

 

在改进复合工艺的同时,也可通过改变基材性能来提高复合效果、迎合当今趋势。美国的  W. G.麦凯布等于 2001 年发明了一种用于制造汽车座椅装饰物的复合材料[24]。该复合材料是由机织物与 非织造布底衬黏合而成,全部选用聚酯材料制成。其物理性能优于传统的乙烯材料,而且重量更轻,更 有利于高效回收。

 

丰田汽车公司于 2010 年 10 月14 日宣布,计划采用新的生物 PET 聚酯基“生态塑料( Ecological Plastic) ”制 造汽车内饰材料。生物PET 聚酯即聚对苯二甲酸乙二醇酯,采用由甘蔗衍生的生物原材料替代乙二醇制取而成。

 

2011 年款丰田 Lexus CT200h 款汽车 80% 的汽车内饰材料都采用该生态塑料[25]。为了改善车内空气,邢铁玲  等[26]  对涤纶汽车内饰面料进行了负离子整理,使面料具有显著“受激”后产生负离子的保健功能,不仅 能保持车内空气清新,还 有利于乘车人员的身体健康。

 

在可持续发展越来越被重视的今天,汽车座椅面料的复合工艺也亟需向绿色环保的方向发展。在保证产品性能优越的前提下,着眼于降低污染,提高生产效率。而新型的层压复合工艺及复合基材的改进,都将有利于拓宽复合工艺未来的发展之路。

 

6. 结 语

 

随着各种技术的不断升级,汽车座椅面料的复合技术得到了长足的发展。复合技术不仅仅是材料性能的迭加,更是材料性能的提高和改善,是材料性能的综合与升华。火焰复合技术生产的汽车座椅面料复合效果好,耐洗性能好,手感佳,目前我国大部分汽车座椅面料生产企业仍采用火焰复合工艺; 但其存在着生产过程中易造成环境污染,并引起聚氨酯泡沫材料的降解等缺陷。

 

而逐渐发展的新型层压复合技术则更环保,具有较高的黏结强力和透气性, 并大大减少对基材的损伤。考虑到成本及能耗问题,汽车座椅面料生产企业仍需根据自身条件及客户需求,合理选择复合工艺,并通过改善工艺条件提 高汽车座椅面料综合性能。

 

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本文来源:作者 金梁英、崔运花、都胜,文章来源网络,由“焉知汽车座椅”整理编辑,版权归原创作者及其公司所有,分享仅用于学习、交流,如有侵权请告知删除。

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