汽車座椅面料防水性影響因素分析

李 彬，付 丹，熊 芬，謝德鈺，韓 冰，張 旭

(東風汽車集團有限公司技術中心，湖北 武漢 430058)

隨著科學技術的發展及客戶需求的提高，功能多樣化的面料在汽車座椅上的應用越來越多[1]。目前，汽車座椅面料的防水性逐漸得到廣泛關注。汽車座椅常用的面料有機織面料、針織面料，面料的防水性可通過采用高密結構、黏貼防水膜、涂防水層、浸軋整理等方式實現[2-3]。以往對服裝面料防水透濕性有大量研究，但對汽車座椅面料防水性研究較少，對熱老化、氣候老化、光老化、磨損后面料材料防水性的殘留等相關研究更少[4]。

張德強等[5]系統研究了芳砜綸廚師服的拒水拒油整理工藝對材料拒水性的影響，及拒水處理后面料性能的變化，得出最佳浸軋整理工藝及后整理對材料透氣性影響有限；王薇等[6]研究了錦綸織物防水防油的整理工藝，得出陽離子抗靜電劑與防水劑同浴整理兼容性較好，非離子型抗靜電劑與防水劑同浴整理兼容性稍差。于磊等[7]研究了孔徑分布對高密度織物防水透濕性的影響，得出復合絲間大孔徑對織物的防水性影響較為顯著。

本文以汽車座椅常用平紋滌綸面料為研究對象，研究TG-5574三防助劑(防水、防油及防污)質量分數、熱老化、光老化、氣候老化、馬丁代爾磨損[8]等因素對面料防水性能的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

面料為平紋滌綸織物，面密度320 g/m2，經向密度32根/cm，緯向密度22根/cm，經緯紗均為500 dtex滌綸絲；三防助劑TG-5574(大金氟化工(中國)有限公司)，該助劑分子鏈中含有全氟丙烯酸酯鏈段，具有成膜性[9]，可賦予產品防水、防油及防污性。

1.2 實驗設備

SL200B型水接觸角測試儀器(美國科諾工業有限公司)；水噴淋試驗儀器(雅馬拓科技貿易有限公司)；SEG-021型高溫箱(上海愛斯佩克環境設備有限公司)；SETH-Z-102U型氣候老化箱(上海愛斯佩克環境設備有限公司)；CI4000型光老化測試儀(ATLAS公司)，YG(B)401E型馬丁代爾耐磨儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)。

1.3 實驗方法

助劑處理：采用三防助劑對面料進行浸軋防水處理，助劑質量分數分別為1%、3%、5%、8%，定形條件為170 ℃，時間2～3 min。

熱老化處理：溫度90 ℃，時間分別為24、72、120、168 h。

光老化處理：輻照度1.4 W/m2，波長420 nm，照射時間為80、160、240、300 h。

氣候老化處理：以溫度40 ℃、相對濕度95%處理16 h→-20 ℃處理2 h(無濕度)→85 ℃、相對濕度45%、處理6 h為一個循環(狀態變換在0.5 h內)，循環周期為4、6、8、10次。

馬丁代爾磨損：參考GB/T 21196.2—2007《紡織品 馬丁代爾法織物耐磨性的測定 第2部分：試樣破損的測定》進行測試，載荷為1 600 g，摩擦次數為5 000、10 000、15 000次、20 000次。

1.4 性能測試

接觸角：參考ASTM D724—2003《Standard Test Method for Surface Wettability of Paper(Angle-of-Contact Method)》，采用樣件表面水接觸角測試方法測試。

噴淋測試：參考AATCC 22—2017《Water Repellency:Spray Test》[10]，采用噴淋法拒水性能測試方法進行測試。

2 結果與討論

2.1 助劑質量分數對面料防水性的影響

按照1.3實驗方法，在不同三防助劑質量分數下對面料進行處理，助劑質量分數對面料防水性的影響如表1所示。

表1 助劑質量分數對面料防水性的影響

由表1可知，未經三防助劑處理的面料完全沒有防水性；面料防水性隨著助劑質量分數的增加而增大，助劑質量分數為3%時，面料防水性能基本達到較佳，繼續增加助劑質量分數，面料防水性變化較小。這可能是由于面料在浸軋處理時，浸軋槽溶液中助劑質量分數低于3%時，助劑質量分數越高，處理時助劑向紗線滲透得更充分，助劑對紗線“包裹”均勻性更好，當浸軋處理槽溶液中助劑質量分數為3%時，助劑從槽液向紗線及助劑從紗線向槽液滲透達動態平衡，此時助劑對紗線基本完全“包裹”，因此增加助劑質量分數面料防水性基本不變，再增大助劑質量分數面料防水性并未有顯著提升。

2.2 熱老化對面料防水性影響

分別對A1～A5面料進行熱老化實驗，熱老化時間對面料防水性的影響如表2所示。

表2 熱老化時間對面料防水性的影響

由表2可知，不同三防助劑質量分數處理的試樣，在90 ℃條件下老化一定時間后，水接觸角、噴淋實驗評價結果基本保持不變，因此熱老化對面料防水性影響不大。

2.3 光老化對面料防水性影響

分別對A1～A5面料進行光老化實驗，光老化時間對面料防水性的影響如表3所示。可知，當三防助劑質量分數在3%以內時，隨光照時間的延長，面料防水性能輕微下降，但仍保留較好防水性；當三防助劑質量分數超過3%，延長光照時間幾乎不影響面料的防水性。由于三防助劑中有效防水基團氟鏈段通過丙烯酸酯鍵連在分子主鏈上，過長的光照能量累計可能會導致酯鍵一定程度分解，使面料表面氟殘留量降低，因此導致防水性能降低；但高質量分數助劑處理后的面料紗線上有更多的助劑殘留，可以緩解光照帶來的面料防水性的降低。

表3 光老化時間對面料防水性的影響

2.4 氣候老化對面料防水性的影響

分別對A1～A5面料進行氣候老化實驗，氣候老化實驗循環次數對面料防水性的影響如表4所示。

表4 氣候老化實驗循環次數對面料防水性的影響

由表4可知，當三防助劑質量分數在3%以內時，面料防水性隨氣候老化循環次數增加輕微降低，但仍保留較好防水性；當三防助劑質量分數超過3%時，氣候老化循環次數增加幾乎不影響面料防水性。這可能是由于面料在氣候老化循環高濕段時，三防助劑分子鏈親水拒水段重新排布，親水段翻轉到外側拒水段翻轉到內側，高溫段時含氟段又不能完全回復到表面，因此經過反復氣候老化循環后面料防水性能會有所下降；高質量分數的助劑處理后面料紗線上有更多的助劑殘留，可以緩解氣候老化循環導致的面料防水性的降低[11]。

2.5 馬丁代爾磨損對面料防水性影響

分別對A1～A5面料進行馬丁代爾磨損實驗，摩擦次數對面料防水性的影響如表5所示。

表5 馬丁代爾摩擦次數對面料防水性的影響

由表5可知，隨著馬丁代爾摩擦次數的增加，面料的防水性先是大幅度降低，在摩擦次數達到15 000次時，防水性降低基本達到最大值；助劑質量分數低于1%時，摩擦5 000次后，面料防水性變得很差，僅具備一定靜態防水性；助劑質量分數低于3%，摩擦15 000次后，面料的防水性變得很差，僅具備一定靜態防水性；助劑質量分數高于5%時，磨損面料仍然具備一定防水性，且隨著質量分數增加而增加，當助劑質量分數達到8%時能保證磨損后面料仍然具備優異的防水性。主要原因可能是，磨損會導致面料紗線表面“毛化”，且隨摩擦次數增加“毛化”越嚴重，摩擦15 000次時紗線基本完全被毛紗包裹，繼續磨損不會增加紗線周圍毛紗密度，紗線“毛化”增加了面料表面的粗糙度，水更容易滲透，因此面料防水性會降低；當三防助劑質量分數達到較高時，助劑向面料的每根紗線滲透得更充分，磨損時紗線“毛化”產生的纖維也被助劑所包裹，此時面料防水性僅會因為表面粗糙度增加而略有降低，仍然能保持較好防水性。

3 結 論

① 對座椅面料進行三防助劑浸軋處理后，可使面料防水性大幅度增加，當助劑質量分數達到3%時，面料的動態、靜態防水性均基本達到最大值。

② 面料通過三防助劑浸軋處理后，防水性基本不受熱老化時長的影響，面料對熱老化耐受性很好；助劑質量分數在3%以內時，光老化、氣候老化時間的增加會使面料的防水性略微降低，但面料仍能保持較好的防水性，助劑質量分數超過3%時，光老化、氣候老化時間增加對面料防水性基本沒有影響。

③ 由于馬丁代爾磨損會導致面料紗線“毛化”，因此使面料的防水性能降低，當摩擦次數達到15 000次時，面料紗線“毛化”程度達到最大，此時面料防水性也降到最低；隨著三防助劑質量分數增加，磨損對面料防水性的影響越小，當助劑質量分數達到8%時，磨損后面料仍然具備優異的防水性。