汽車(chē)內(nèi)飾纖維材料的研究現(xiàn)狀

汽車(chē)內(nèi)飾纖維材料的研究現(xiàn)狀

車(chē)輛內(nèi)飾纖維材料主要用于聚酯纖維。有幾種使用長(zhǎng)絲綢和短纖維的方法，其中長(zhǎng)絲占90%以上。主要的長(zhǎng)絲產(chǎn)品類(lèi)型可分為空氣變形絲（aty）、低彈絲（ty）和總支纖維（fy）。近年來(lái)，隨著汽車(chē)工業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車(chē)內(nèi)飾纖維材料行業(yè)取得了較大進(jìn)步，汽車(chē)內(nèi)飾纖維材料的研發(fā)和生產(chǎn)呈現(xiàn)多樣化、高感知化、高性能化和智能化等特點(diǎn)。圍繞汽車(chē)消費(fèi)者不斷提升的消費(fèi)需求，越來(lái)越多的新型結(jié)構(gòu)纖維材料、高性能附加功能纖維以及高感知高品質(zhì)纖維材料應(yīng)用在汽車(chē)內(nèi)飾產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中。除了纖維結(jié)構(gòu)、性能等方面的變化外，汽車(chē)內(nèi)飾用纖維材料的成分也在悄然發(fā)生變化，天然纖維、生物基纖維等也逐漸在汽車(chē)內(nèi)飾產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中得到應(yīng)用推廣。1汽車(chē)零部件的新材料和加工技術(shù)的應(yīng)用1.1原液纖維在汽車(chē)內(nèi)飾紡織品中的應(yīng)用汽車(chē)內(nèi)飾紡織品因使用環(huán)境的特殊性對(duì)纖維色牢度要求極高，尤其在耐光照色牢度方面。原液著色纖維具有顏色批量一致性高、色牢度好等優(yōu)點(diǎn)，在汽車(chē)內(nèi)飾紡織品中應(yīng)用較多，目前主要采用色母粒在線添加技術(shù)實(shí)現(xiàn)纖維著色。在紡織行業(yè)環(huán)保壓力日趨嚴(yán)峻形勢(shì)下，原液著色纖維越來(lái)越多地被應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)飾領(lǐng)域。聚酯纖維原液著色技術(shù)基本覆蓋了汽車(chē)內(nèi)飾常用的顏色譜系，可以根據(jù)主機(jī)廠需求進(jìn)行顏色個(gè)性化定制設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。1.2再循環(huán)材料在生產(chǎn)中的使用汽車(chē)內(nèi)飾用可再生纖維材料指再生PET纖維。再生紗線可減少石油使用量，每噸成品紗大約節(jié)約6t石油，為減少空氣污染、控制溫室效應(yīng)做出一定貢獻(xiàn)。目前再生PET材料制成的汽車(chē)內(nèi)飾材料較受歐美汽車(chē)主機(jī)廠青睞。曠達(dá)纖維科技有限公司車(chē)用再生有色滌綸長(zhǎng)絲已獲GRS全球再生回收標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。多家汽車(chē)企業(yè)開(kāi)始在其產(chǎn)品中使用再循環(huán)材料，并將其配置到新車(chē)中，例如，沃爾沃最新推出的XC40車(chē)型地毯采用再循環(huán)材料，其中97%材料為再循環(huán)聚酯PET瓶子，見(jiàn)圖1；寶馬i3車(chē)型內(nèi)飾材料采用再循環(huán)聚酯纖維，其中34%的材質(zhì)為PET；福特汽車(chē)推出可持續(xù)座椅，其面料主要成分來(lái)自回收的PET塑料水瓶，此外，福特汽車(chē)公司與繕·Redress聯(lián)合舉辦再生時(shí)尚論壇暨福特汽車(chē)時(shí)尚設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)賽中用到的時(shí)裝材料均為再生PET纖維織成的座椅面料，見(jiàn)圖2。1.3混紡花材的混紡織物隨著汽車(chē)內(nèi)飾空間設(shè)計(jì)的家居化，簡(jiǎn)約、自然、舒適型內(nèi)飾材料的應(yīng)用越來(lái)越多，尤其在新能源汽車(chē)和自動(dòng)駕駛時(shí)代，自然舒適成為汽車(chē)消費(fèi)者追求，這推動(dòng)了混紡花式紗的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。汽車(chē)內(nèi)飾用混紡花式紗線開(kāi)發(fā)主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是不同成分或性能的纖維混紡；一類(lèi)是不同顏色的纖維混紡。其中第二種方式應(yīng)用較多，以黑白、黑灰、灰白雙色和黑白灰3色搭配的麻灰色混紡最常見(jiàn)，部分產(chǎn)品有彩色應(yīng)用。就混紡工藝來(lái)說(shuō)，短纖一般通過(guò)紡紗工序混紡，長(zhǎng)絲通過(guò)并捻、空氣變形或加彈等進(jìn)行花式紗開(kāi)發(fā)。1.4纖網(wǎng)截面形狀和尺寸根據(jù)紗線呈現(xiàn)光澤不同，通?？煞譃?類(lèi)：高亮光（大有光）、半消光和全消光。其中高亮光和全消光產(chǎn)品近兩年在汽車(chē)內(nèi)飾紡織品開(kāi)發(fā)中應(yīng)用較多。高亮光和全消光是根據(jù)纖維紡絲過(guò)程中二氧化鈦的含量來(lái)區(qū)分的，大有光纖維切片中二氧化鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0，半消光纖維切片中二氧化鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（0.30±0.05）%，全消光纖維切片中二氧化鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)（2.50±0.10）%。同時(shí)，可結(jié)合纖維截面形狀來(lái)改變纖維表面光澤，其中扁平截面和三角形截面在高亮光紗線中應(yīng)用較多。全消光聚酯切片屬國(guó)內(nèi)滌綸市場(chǎng)高附加值產(chǎn)品，全消光纖維切片不僅降低了纖維反光和閃爍現(xiàn)象，而且纖維光澤柔和，是高品質(zhì)汽車(chē)內(nèi)飾紡織品紗線原料的最佳選擇之一。目前在汽車(chē)內(nèi)飾紡織品的開(kāi)發(fā)中，應(yīng)用較多的是利用高亮光與全消光紗線光澤的強(qiáng)對(duì)比實(shí)現(xiàn)視覺(jué)變化的細(xì)節(jié)美，尤其在以馬自達(dá)汽車(chē)為代表的日系品牌汽車(chē)的內(nèi)飾面料中應(yīng)用較廣泛。1.5軟接觸纖維汽車(chē)內(nèi)飾用柔軟觸感紗線主要有仿棉型滌綸、仿毛型滌綸和細(xì)旦高孔超細(xì)纖維。1.5.1毛感及蓬松性原料組合仿棉型滌綸紗線的開(kāi)發(fā)主要從模仿毛感與蓬松性、改善吸濕性和紗線光澤3個(gè)角度出發(fā)。目前改善滌綸毛感及蓬松性有以下幾種途徑：利用空氣網(wǎng)絡(luò)形式，將長(zhǎng)絲吹散，交纏形成不規(guī)則結(jié)構(gòu)；利用不同原料組合形成立體卷曲蓬松形態(tài)等，見(jiàn)圖3a。改善吸濕性方面，可以利用細(xì)旦或超細(xì)旦增加纖維比表面積，提高毛細(xì)芯吸速度，也可通過(guò)纖維截面改性增加吸濕導(dǎo)濕溝槽加快吸濕速度，見(jiàn)圖3b。1.5.2汽車(chē)內(nèi)飾面料的制備滌綸仿毛代表性工藝是DTY、FDY復(fù)合。首先采用低特性黏度聚酯，添加色母粒，通過(guò)不同規(guī)格、不同孔徑的異型噴絲板紡制出六葉細(xì)旦POY絲，再加彈制成DTY卷曲變形絲；其次，采用高特性黏度聚酯經(jīng)熔融紡絲制成FDY，充分熱定形，制成沸水收縮率穩(wěn)定性好的筋絲；再將DTY卷曲變形絲與FDY筋絲網(wǎng)絡(luò)復(fù)合，制成雙異有色毛型滌綸長(zhǎng)絲。采用仿毛滌綸長(zhǎng)絲開(kāi)發(fā)的汽車(chē)內(nèi)飾面料蓬松柔軟、滑糯舒適，并且有良好的抗起毛起球性。超細(xì)纖維是近年來(lái)汽車(chē)內(nèi)飾表皮材料領(lǐng)域應(yīng)用較多的材料。采用超細(xì)纖維為原料開(kāi)發(fā)的汽車(chē)內(nèi)飾產(chǎn)品包括兩類(lèi)：一類(lèi)是超纖仿麂皮面料，一類(lèi)是超纖PU合成革。其中，利用海島型超細(xì)纖維和PU聚氨酯為主要原料開(kāi)發(fā)的仿麂皮面料豐滿細(xì)致，細(xì)膩柔軟，有韌性，懸垂性好，表面絨毛層次多，具有很好的書(shū)寫(xiě)性，反光點(diǎn)小，有柔和光澤感，在目前的汽車(chē)內(nèi)飾表皮材料中非常流行，應(yīng)用較多，典型代表品牌為意大利Alcantara、Miko和日本東麗Ultrasuede超纖PU合成革全稱超細(xì)纖維增強(qiáng)PU皮革，它是在超細(xì)纖維構(gòu)成的針刺無(wú)紡基布上涂覆聚氨酯涂層，工藝流程為：非織造成網(wǎng)→PU樹(shù)脂含浸→堿減量開(kāi)纖→表面修飾處理→超纖PU合成革成品。超纖PU合成革在成本、輕量化、耐久性、環(huán)保、舒適性和易清潔性等方面有明顯優(yōu)勢(shì)，成本為真皮的1/3，單位體積密度比天然牛皮低30%～40%，耐老化，濕熱、高低溫等條件下物性比較穩(wěn)定，具有優(yōu)異的吸濕性和透氣性，防水、防霉性能優(yōu)于天然皮革。超纖PU合成革和天然牛皮截面結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。1.6彈性材料的應(yīng)用汽車(chē)內(nèi)飾件的型面設(shè)計(jì)呈現(xiàn)分區(qū)復(fù)雜化和曲面化趨勢(shì)，這對(duì)內(nèi)飾表皮材料的延展性和彈性回復(fù)性等的要求越來(lái)越高。內(nèi)飾表皮材料的彈性延伸性也決定了內(nèi)飾件的外觀質(zhì)量和包覆成形工藝的難易程度，表皮材料的彈性與延伸性不足易造成脫殼、起鼓、成形破裂等質(zhì)量問(wèn)題。開(kāi)發(fā)具有較高彈延伸性的汽車(chē)內(nèi)飾表皮材料逐漸成為一種新趨勢(shì)。汽車(chē)內(nèi)飾用彈性紗線主要有滌綸高彈絲和PBT彈力絲。滌綸高彈絲屬滌綸變形絲，是使用扭轉(zhuǎn)假捻法在加彈機(jī)上經(jīng)拉伸和假捻器加捻作用增加變形，并通過(guò)適當(dāng)熱箱定形工藝等制成的，卷曲率為30%～50%，具有較高的收縮彈性和延伸性。目前大眾汽車(chē)門(mén)飾板包覆中使用的梭織面料即以滌綸高彈絲為原料制備。高彈梭織面料包覆的汽車(chē)門(mén)飾板見(jiàn)圖6。PBT彈力絲也是一種聚酯長(zhǎng)絲，是聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯的簡(jiǎn)稱。PBT高彈絲具有優(yōu)異的彈性回復(fù)性能和彈力穩(wěn)定性，彈性優(yōu)于錦綸，耐化學(xué)藥品性優(yōu)于氨綸，無(wú)需載體在常溫常壓下可染，而且染色牢度高，尺寸穩(wěn)定性好，抗起球，抗靜電，價(jià)格遠(yuǎn)低于氨綸。目前該產(chǎn)品在中高端汽車(chē)內(nèi)飾材料中有部分應(yīng)用，但與滌綸高彈絲相比，其應(yīng)用相對(duì)較少，因?yàn)槠涑杀鞠鄬?duì)較高，在一定程度上限制其推廣使用。1.7內(nèi)飾梭織材料健康安全、綠色環(huán)保的汽車(chē)內(nèi)飾空間已成為汽車(chē)消費(fèi)者關(guān)注的熱點(diǎn)。功能型纖維材料的研發(fā)與應(yīng)用，如高阻燃纖維、納米抗菌纖維、抗靜電纖維、撥水纖維等，從材料端為營(yíng)造健康安全、綠色環(huán)保的汽車(chē)內(nèi)飾空間提供可能。撥水纖維制成的內(nèi)飾梭織面料見(jiàn)圖7。夜光滌綸纖維是利用稀土發(fā)光材料制成的功能型環(huán)保材料，以紡絲原料為基體，采用長(zhǎng)余輝稀土鋁酸鹽發(fā)光材料，經(jīng)特種紡絲制成。夜光纖維吸收可見(jiàn)光10min便能將光能蓄貯于纖維中，在黑暗狀態(tài)下可持續(xù)發(fā)光10h以上。在有光照時(shí)，夜光纖維呈現(xiàn)各種顏色；在黑暗中，夜光纖維發(fā)出各種色光。夜光纖維色彩絢麗，而且不需染色，是環(huán)保高效的高科技產(chǎn)品。1.8織物表面元素化學(xué)纖維中用單孔噴絲頭制得的支數(shù)較小的單根長(zhǎng)絲為單絲。滌綸單絲產(chǎn)品在汽車(chē)內(nèi)飾面料中應(yīng)用較多，單絲產(chǎn)品光澤、通透性與常規(guī)紗不同，可在織物表面形成不同的光澤和視覺(jué)效果。單絲產(chǎn)品主要用于緯編空氣層織物和經(jīng)編雙針床3D間隔織物的開(kāi)發(fā)中。常用單絲規(guī)格有3.3tex(30D）、5.6tex(50D）、8.3tex(75D）、11.1tex(100D）和16.7tex(150D）等。除應(yīng)用在針織類(lèi)產(chǎn)品中，也可作為緯紗應(yīng)用在梭織內(nèi)飾面料中。應(yīng)用單絲產(chǎn)品的經(jīng)編間隔織物見(jiàn)圖8。1.9植絨紗和雪尼爾紗線為提升汽車(chē)內(nèi)飾面料的耐磨性或特殊的觸感需要，可在滌綸長(zhǎng)絲或短纖紗表面涂覆PVC或PU聚氨酯材料改善相關(guān)性能和手感。目前應(yīng)用較多的是PU涂層紗線。植絨紗線是一種在紗線表面植上絨毛的花式紗線，芯絲一般是滌綸或錦綸長(zhǎng)絲，絨纖維通常為錦綸，絨纖維與芯絲通過(guò)靜電植絨的方式進(jìn)行黏合。植絨紗在汽車(chē)內(nèi)飾中應(yīng)用較多，主要用在座椅面料上，2018款?yuàn)W迪Q5L車(chē)型中使用的植絨紗梭織面料見(jiàn)圖9。雪尼爾紗線是用兩根股線為芯線通過(guò)加捻將羽紗夾在中間紡制而成的一種花式紗線。汽車(chē)內(nèi)飾中使用較多的是黏膠、滌綸雙組分雪尼爾產(chǎn)品。雪尼爾紗線織成的面料高檔華貴、手感柔軟、絨面豐滿、懸垂性好。與植絨紗相比，雪尼爾紗線的耐磨性相對(duì)較差，但成本優(yōu)勢(shì)大。雪尼爾紗面料已應(yīng)用在我國(guó)首個(gè)新型臥鋪動(dòng)車(chē)組上，見(jiàn)圖10。2高感知高觸感纖維材料汽車(chē)內(nèi)飾表皮材料設(shè)計(jì)過(guò)程中纖維材料的選擇和應(yīng)用越來(lái)越多集中在具有高感知高觸感的纖維材料上。本文選取麻灰雙色混紡紗、TPU與PET雙組分復(fù)合纖維和超細(xì)旦纖維材料，介紹其開(kāi)發(fā)案例。2.1麻灰混紡面料設(shè)計(jì)采用16.7tex/72f黑色DTY與16.7tex/72f白色DTY按1∶1配比進(jìn)行加彈混紡制得麻灰色混紡低彈絲，在緯編單面機(jī)上進(jìn)行面料織造，根據(jù)汽車(chē)內(nèi)飾面料的設(shè)計(jì)需要，對(duì)混紡面料進(jìn)行防水防油防污整理，開(kāi)發(fā)具有麻灰混色視覺(jué)效果、觸感柔軟舒適并且具有較好延展性和彈性的汽車(chē)內(nèi)飾面料。該款面料在東風(fēng)標(biāo)致5008車(chē)型上用于儀表板區(qū)域的表皮包覆，見(jiàn)圖11。2.2tpu與pet雙組分復(fù)合纖維與普通半消光滌綸dty采用皮芯結(jié)構(gòu)TPU與PET雙組分復(fù)合纖維，皮部分為T(mén)PU，芯部分為PET，皮芯比例為30∶70，開(kāi)發(fā)具有特殊皮革質(zhì)感和柔軟觸感的內(nèi)飾面料，由于材料差異，TPU與PET雙組分復(fù)合纖維與普通半消光滌綸DTY形成明顯材料和光澤雙重對(duì)比，視覺(jué)豐富有細(xì)節(jié)，見(jiàn)圖12。2.3超細(xì)旦纖維仿腦面料制備采用具有37島的定島型黑色有色海島滌綸短纖維為原料，進(jìn)行鋪網(wǎng)和針刺，制成針刺無(wú)紡基布，然后進(jìn)行聚氨酯浸漬，再進(jìn)行堿減量開(kāi)纖，經(jīng)過(guò)定形、磨絨、修絨等后道加工工藝，制得超細(xì)旦纖維仿麂皮面料。開(kāi)發(fā)的面料手感細(xì)膩有韌性，觸感柔軟有身骨，表面光澤柔和且有很好的書(shū)寫(xiě)性，在汽車(chē)高配車(chē)型中應(yīng)用較多，仿麂皮面料在儀表板區(qū)域的應(yīng)用見(jiàn)圖13。3汽車(chē)零部件的發(fā)展趨勢(shì)3.1天然纖維混紡面料隨著人們崇尚自然、回歸自然的消費(fèi)理念，汽車(chē)內(nèi)飾的豪華與高品質(zhì)不再一味地追求真皮內(nèi)飾的高端，而是采用高端織物面料，在選材和工藝應(yīng)用上更加復(fù)雜，無(wú)論織物視覺(jué)感受還是觸覺(jué)感受都體現(xiàn)出更高品質(zhì)，越來(lái)越多的天然纖維如羊毛、麻纖維等在汽車(chē)內(nèi)飾面料中得到開(kāi)發(fā)和使用。為兼顧汽車(chē)內(nèi)飾特殊使用環(huán)境的要求，這些天然纖維多與滌綸纖維進(jìn)行混紡，混紡比可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。2018款路虎攬勝星脈車(chē)型提供了一種全新的高端織物面料，見(jiàn)圖14，這是路虎與歐洲高端設(shè)計(jì)紡織面料企業(yè)Kvadrat聯(lián)合開(kāi)發(fā)的星云灰色調(diào)的羊毛混紡織物面料，在車(chē)用層面特別加入了先進(jìn)的涂層系統(tǒng)，確保高檔織物內(nèi)飾能夠經(jīng)受路虎嚴(yán)苛的耐久性測(cè)試。3.2新材料的應(yīng)用未來(lái)在車(chē)型制造過(guò)程中，會(huì)更多使用可再生和可回收天然纖維和創(chuàng)新型材料，讓整車(chē)更迎合環(huán)保理念。在寶馬汽車(chē)百年慶典上，BMWVisionNext100概念車(chē)中采用的多種新型材料就是寶馬對(duì)未來(lái)材料應(yīng)用上的預(yù)想。例如，概念車(chē)的駕駛艙內(nèi)取消了真皮內(nèi)飾，更多采用高品質(zhì)織物和易于回收的新型材料。車(chē)身則采用可回收或可再生材料制成的纖維，如概念車(chē)側(cè)圍板由標(biāo)準(zhǔn)碳纖維生產(chǎn)中的節(jié)余材料制成。為節(jié)約資源、降低能耗，正在發(fā)展的新材料領(lǐng)域包括：使用橄欖油鞣制的皮革、使用洋麻纖維和PET再生材料生產(chǎn)的座椅套，未來(lái)這些新型材料將在量產(chǎn)車(chē)型中推廣。3.3ptt纖維的種類(lèi)生物基化學(xué)纖維綠色、環(huán)境友好、原料可再生及可生物降解，有助于解決當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所面臨的資源和能源短缺及環(huán)境污染等問(wèn)題，同時(shí)能滿足日益提高的生產(chǎn)和物質(zhì)需要。生物基合成纖維在汽車(chē)內(nèi)飾表皮材料的開(kāi)發(fā)中主要有生物基PTT纖維和PLA纖維。PTT纖維兼有滌綸、錦綸、腈綸的特性，除防污性能好外，易于染色、手感柔軟、富有彈性，伸長(zhǎng)性同氨綸一樣好，PTT還具有干爽、挺括等特點(diǎn)。因此，未來(lái)PTT纖維將逐步替代滌綸和錦綸。目前一些汽車(chē)主機(jī)廠開(kāi)發(fā)的高彈高延伸內(nèi)飾面料已在使用生物基PTT纖維。帝人公司開(kāi)發(fā)出耐熱PLA，使其熱變形溫度升高至160～200℃，也開(kāi)發(fā)出車(chē)用耐熱PLA纖維Biofront，主要用于車(chē)內(nèi)紡織品，熔融溫度與聚酯纖維接近，達(dá)210℃。帝人與馬自達(dá)、Purac（乳酸衍生物生產(chǎn)商）、Nishikawa（橡膠生產(chǎn)公司）合作開(kāi)發(fā)耐熱PLA纖維與淀粉共混技術(shù)，用于生產(chǎn)車(chē)用PLA纖維。3.4車(chē)內(nèi)飾表皮材料的發(fā)展趨勢(shì)隨著汽車(chē)新四化及智能駕駛、自動(dòng)駕駛時(shí)代的到來(lái)，越來(lái)越多的黑科技和硬核技術(shù)將應(yīng)用在汽車(chē)中，在傳統(tǒng)汽車(chē)內(nèi)飾表皮材料基礎(chǔ)上，通過(guò)引入柔性電子材料、傳感器、智能纖維等，向智能化表皮材料發(fā)展，實(shí)現(xiàn)跨界跨