PP玻纖板基模壓內(nèi)飾件異味來源和控制方法研究

張亮　廖蘭　何家志　李靜　劉倩　王澤升

摘 要：選取PP玻纖板基材，從原材料組成、材料生產(chǎn)工藝、烘箱類型、零件模壓工藝、模壓設備、生產(chǎn)和儲存環(huán)境及后處理方面系統(tǒng)研究了模壓成型內(nèi)飾件異味的主要來源和控制方法。結(jié)果表明，選用低氣味的PP纖維和玻璃纖維表面處理劑、適合基材烘烤的烘箱種類，合適的成型工藝（包含烘烤溫度和時間）、干凈的模具表面，良好的生產(chǎn)和儲存環(huán)境，以及后處理措施能有效提升模壓內(nèi)飾件氣味。

關鍵詞：輕質(zhì)GMT PP玻纖板 內(nèi)飾 模壓 異味 控制方法

1 引言

進入到21世紀，隨著我國綜合國力的增強，人民生活水平的顯著提高，人們對汽車的需求開始從最初簡單的代步工具上升為舒適的移動空間，這就要求汽車在品質(zhì)上進行不斷提升[1]。汽車自身的機械性能和舒適性作為衡量汽車安全、品質(zhì)的重要標準，歷來都是人們重點關注的對象。然而，與以往不同的是，隨著新聞媒體對車內(nèi)空氣污染危害的不斷曝光，加之受突發(fā)新冠疫情的影響，人們對環(huán)保健康越來越重視，車內(nèi)異味問題自然受到消費者的重點關注，甚至已成為購車后投訴抱怨最多的問題之一[2-3]。因此，如何降低車內(nèi)異味成為了主機廠迫切需要解決的難題。

目前，各大主機廠對整車氣味管控的方法為：整車分解到零件，零件再分解到材料，這樣逐級嚴格管控[4]。駕駛艙內(nèi)非金屬零件主要有兩大類：注塑件和模壓件（主地毯、前圍、頂棚、衣帽架、備胎蓋板、行李箱側(cè)地毯等）。模壓件在汽車座艙中占面積很大，對車廂內(nèi)氣味有很大貢獻作用。基材作為模壓件異味來源的主要源頭，在氣味管控中尤為關鍵。模壓內(nèi)飾件常見基材主要為：剛強度板材類、毛氈類和面料類。常見的剛強度板材有麻纖維板、木粉板、木纖維板、PP玻纖板、PP玻纖紙蜂窩板（PHC干法）、PU玻纖紙蜂窩板（PHC濕法）、PP蜂窩板（美瞳板）、PP玻纖PP窩板等。麻纖維板、PP木粉板，木纖維板，這些材料常溫下就能聞到明顯的洋麻，木粉氣味，經(jīng)過成型烘烤后，氣味更加濃烈，容易隨模壓成的零件散發(fā)到車內(nèi)，造成整個車廂內(nèi)都有洋麻，木粉夾雜著焦糊味的氣味。這種異味在夏天，尤其是溫度高的時候，尤其強烈，容易引起乘客不適。此外，由于麻纖維板，PP木粉板，木纖維板的氣味屬于根本屬性，且VOC易超標，整改難度很大，國內(nèi)已逐漸趨于淘汰。PP玻纖紙蜂窩板、PU玻纖紙蜂窩板由于芯層為紙蜂窩，紙蜂窩主要是由再生紙漿制成，氣味VOC不好，行業(yè)內(nèi)也逐漸被氣味VOC表現(xiàn)好的PP玻纖PP蜂窩板等代替。

此外，模壓內(nèi)飾件組成材料多為疏松，多孔材料，具有比較強的吸附性，容易被外界環(huán)境污染或者吸附異味，這些進一步增加了模壓內(nèi)飾件氣味管控的難度和不確定性。因此，針對內(nèi)飾模壓件異味控制，有必要對其可能的氣味貢獻源做清楚的梳理，然后從各個環(huán)節(jié)系統(tǒng)地加以控制。盡管模壓基材種類繁多，但成型工藝基本相似，因此，我們可以考慮選擇一種基材入手，從整個生產(chǎn)流程上去研究分析氣味的主要來源和控制點。

長玻纖增強聚丙烯纖維氈，簡稱輕質(zhì)GMT材料，又叫PP玻纖板，由于質(zhì)輕、尺寸穩(wěn)定好、氣味VOC好、成型工藝簡單，價格低，目前廣泛應用于汽車衣帽架、頂棚、行李箱側(cè)地毯等[5]。本文選取PP玻纖板基材，從原材料組成、材料生產(chǎn)工藝、烘箱類型、零件模壓工藝、模壓設備、生產(chǎn)和儲存環(huán)境及后處理方面研究了模壓件異味的主要來源和控制點，旨在為提升車內(nèi)模壓件氣味提供良好的解決思路和指導方向。

2 主要影響因素和原因分析

2.1 原材料

2.1.1 材料定義

GMT材料，全名叫玻璃纖維氈增強熱塑性材料。按照結(jié)構(gòu)和成型工藝不同，行業(yè)內(nèi)主要分為兩類：輕質(zhì)GMT材料和重質(zhì)GMT材料[6]。輕質(zhì)GMT材料最常見以聚丙烯纖維為基體，加入玻璃纖維，混合，梳理，針刺，烘烤、模壓，附膠膜和無紡布成型。因此，又叫PP玻纖板材料。通常行業(yè)說的輕質(zhì)GMT材料，在無特別明確時，往往默認指的就是PP玻纖板材料。

如圖1，PP玻纖板材料由膠膜、芯材和無紡布三層結(jié)構(gòu)組成。最上層透明膠膜烘烤后會融化，起到模壓過程粘接裝飾面料，按照材質(zhì)，常見有PP膠膜和PE淋膜兩種;中間層為芯材，由PP纖維和玻璃纖維組成，作為基材骨架，克重由主機廠可定義;底層為無紡布，起到裝飾，防止漏玻纖，常見的有水刺熱軋無紡布和針刺無紡布。此外，無紡布的克重、類型和風格，也可由主機廠定義。

2.1.2 原材料組成

PP玻纖板原材料組成和特點見表1。

2.1.3 原材料氣味來源

PP玻纖板材料主要由PP纖維、玻璃纖維、無紡布、膠膜組成。常溫下，對PP玻纖板的組成原材料分別進行氣味評價，膠膜和無紡布常溫下無異味，PP纖維和玻璃纖維常溫下就能聞到明顯的異味。PP纖維有種墨臭味、玻璃纖維有油劑的油燜味。PP纖維異味的來源：為增加纖維的可紡性及減少纏結(jié)，通常纖維材料在拉絲過程，表面要涂覆油劑，這種油劑成分比較復雜，通常由低分子混合物組成，材料在加工過程中，高溫環(huán)境下，這種小分子油劑易揮發(fā)，產(chǎn)生異味，甚至分解產(chǎn)生VOC有害物質(zhì)，因此，纖維材料表面的油劑應選用低氣味VOC，熱穩(wěn)定好的油劑。玻璃纖維異味來源：（1）無機材料與PP纖維相容性差，表面需要涂覆油劑進行改性，改性用到表面處理劑有比較大異味，表面處理劑由偶聯(lián)劑，成膜劑，潤滑劑和抗靜電劑等組成[7];（2） 原材料使用廢紗（斷絲）回收利用（不正規(guī)廠家會將廢紗回原爐，正規(guī)廠家會變廢單另回爐為低端使用）。此外，國內(nèi)使用的表面處理劑大多為進口的油劑，這給從源頭上改善增加了不少難度。

2.2 原材料工藝

PP玻纖板材料行業(yè)內(nèi)主要有兩種生產(chǎn)工藝：干法和濕法，目前國內(nèi)生產(chǎn)和在使用的絕大多數(shù)都是干法工藝生產(chǎn)的PP玻纖板。本文研究的為干法PP玻纖板。

干法PP玻纖板生產(chǎn)工藝分為兩道工序，工序一：PP玻纖氈制備，是將玻璃纖維與PP纖維混合，開松、梳理、針刺固結(jié)制成毛氈;工序二：PP玻纖氈經(jīng)過烘烤，附膠膜和無紡布經(jīng)過輥壓形成PP玻纖板。

工序一：如圖2，由于制PP玻纖氈全過程為物理機械加工，無烘烤加熱等環(huán)節(jié)，對零件氣味VOC沒有貢獻。

工序二：如圖3，烘烤工藝影響比較大，溫度需要適當，否則容易烤糊產(chǎn)生異味。此外，烘烤烘箱是非常長的，且是密閉的，應有抽風系統(tǒng)，及時將烘烤出來的異味脫除，確保不會發(fā)生竄味和污染風險。同時要避免未脫除的異味散發(fā)到空氣中，污染車間零件和材料。

2.3 烘箱種類

模壓零件材料成型前基材一般要進行烘烤，目前，按照加熱原理，常見的烘箱的類型主要分為三種：接觸式加熱板烘箱、遠紅外熱輻射烘箱（陶瓷片和紅外燈管），熱風循環(huán)烘箱， 詳見下表2。

我們選取接觸式加熱板烘箱，采用接觸式測溫儀，將烘箱溫度設置為215℃，測量了加熱板不同區(qū)域表面溫度。為了準確獲得烘箱下加熱板實際溫度，如圖5所示，先將將加熱板表面劃分為12個小區(qū)，測量時測取每個小區(qū)7個測試點，測量結(jié)果見表3。

如表3，我們可以看出，接觸式加熱板烘箱各個區(qū)域溫度存在差異。靠近進油口，中心位置，油管上的溫度偏高，遠離進油口，靠近邊緣位置溫度相應偏低，熱損失大。接觸式加熱板表面溫度不均勻，板材在烘烤過程由于是接觸式烘烤，容易被局部烤糊。此外，我們采用熱電偶+數(shù)據(jù)采集器的方式，測量了遠紅外熱輻射烘箱里面基材表面的真實溫度。熱輻射烘箱烘烤過程，由于材料在中間鐵絲網(wǎng)上，不直接接觸烘箱，加熱片輻射熱量到基材表面，基材表層和芯層會同時烘烤。因此，更適合表層和芯層都要烘烤的基材，比如PP玻纖板。但需要注意的是，熱輻射烘箱烘烤過程為密閉狀態(tài)，由于烘箱每次開啟，靠近出口位置，溫度容易損失，而靠近里面的溫度容易積累，造成內(nèi)外溫度不均。為彌補這種差異，需要在烘箱設置溫度時，里面溫度適當?shù)托獠繙囟冗m當高些的原則。

通過上述研究我們發(fā)現(xiàn)并不是每種烘箱都適用于各種基材，烘箱選擇不當對成型零件氣味，性能影響也比較大，甚至烘烤出來的零件帶有刺鼻的焦糊味。因此，合理的選擇適合于基材的烘箱也應成關注的重點。接觸式烘箱適合于表層需要烘透，但芯材要保護的PP玻纖蜂窩板材料，熱輻射烘箱更適合于PP玻纖板等表面芯層都要烤透的材料，熱風循環(huán)烘箱適合于多孔的棉氈材料。

2.4 零件加工工藝

模壓零件烘箱的工藝參數(shù)，包括烘烤溫度，烘烤時間都要嚴格管控。我們實際研究時發(fā)現(xiàn)，供應商大多數(shù)在烘烤時，工藝參數(shù)都是憑借經(jīng)驗，為了提高生產(chǎn)效率，大都采用的是“高溫短時間”烘烤模式，研究發(fā)現(xiàn)，烘箱溫度過高，材料容易在烘烤中降解，產(chǎn)生異味。本文選取PP玻纖板基材，接觸式加熱板烘箱，研究了成型工藝對衣帽架零件氣味的影響。

PP玻纖板材料屬于熱塑性材料，在成型前要進行烘烤，烘烤的原因：

（1）PP纖維融化，材料膨脹，熱壓時具有可塑性;

（2）正面膠膜融化，具有粘結(jié)性，熱壓時粘接面料。

烘箱烘烤溫度設置過低，PP玻纖板烘烤不透，壓出來的零件會出現(xiàn)翹曲，變形，面料起皺分層等外觀質(zhì)量問題，烘烤溫度設置過高，又會造成PP玻纖板局部受熱過多降解，產(chǎn)生糊味。因此，烘箱溫度和時間要設置適當。一般PP玻纖板材料表面溫度達到175℃左右，PP纖維就可以完全融化，材料被烤透。我們用基材克重為2000g/m2的PP玻纖板，按照下表溫度設置，我們烘烤并模壓零件，直接用鼻子進行了評價。

如表4，我們發(fā)現(xiàn)烘箱溫度設置高，烘烤時間長，零件出現(xiàn)糊味，說明材料在烘烤過程溫度過高，材料出現(xiàn)降解，烘烤溫度低，烘烤時間短，零件在做試驗時又出現(xiàn)分層性能問題，這說明材料內(nèi)部未完全烘烤透，烘箱設置溫度220℃，烘烤時間210230s，模壓的零件試驗后未出現(xiàn)性能問題（基材與面料無分層），又無異味，這說明如表4該工藝參數(shù)適合于該零件加工。

由于本次我們驗證的PP玻纖板克重為2000g/m2，如實際應用中還需要考慮以下其它影響因素：

（1）PP玻纖板克重（影響烘烤時間，克重高的烘烤時間要相對長點，否則烤不透，克重低的，時間需要短些）;

（2）地區(qū)環(huán)境溫度差異、季節(jié)環(huán)境溫度差異等（烘箱設備熱量損失）;

（3）PP玻纖板本身品質(zhì)差異（不同廠家原材料、設備、工序有差異，材料品質(zhì)和工藝也有差異）;

（4）零件型面結(jié)構(gòu)和復雜程度;

（5）設備質(zhì)量、使用年限等（影響烘箱溫度控制精度）。

綜合以上，模壓內(nèi)飾件生產(chǎn)時，前期在試模階段應把氣味問題考慮進去。供應商首先要了解基材的耐熱性，結(jié)合材料類型特點，根據(jù)材料耐熱性調(diào)試合適的工藝參數(shù)，選取合適的加工工藝，減少后期發(fā)現(xiàn)氣味VOC問題，再回頭調(diào)整工藝，而導致性能和氣味VOC沖突問題。

2.5 模壓設備

模壓生產(chǎn)用到的模具為防止運輸過程或不使用狀態(tài)生銹，保養(yǎng)時表面會涂防銹油。防銹油在模壓過程會污染零件。因此，首次生產(chǎn)前，需要檢查模具表面是否殘留防銹油。檢查的方法，可以選用干凈的淺色面料或者其它軟質(zhì)的白布擦拭，觀察表面是否有黑色油污。如果存在防銹油，可蘸取工業(yè)酒精擦拭干凈，防止污染零件（注意酒精屬于有機溶劑，對模具表面可能會存在腐蝕，對于表面精度要求非常高的模具，不適合或者需要確認）。建議最初幾模零件不要，具體根據(jù)實際零件大小及情況確定。

2.6 生產(chǎn)和儲存環(huán)境

模壓零件基材由于材料大多都是多孔結(jié)構(gòu)材料，本身的吸附性較強，這就要求生產(chǎn)或儲存模壓零件現(xiàn)場附近不能有異味大的污染源，同時，生產(chǎn)現(xiàn)場和存儲在規(guī)劃時，盡可能外飾件與內(nèi)飾件不要放在同一車間，應分開放置。另外，現(xiàn)場應確保空氣流通性好，必要的時候可以增加電風扇或者落地扇定時開啟，加快空氣流通，氣味快速散發(fā);包裝材料也可以選用透氣或者打孔，方便氣味散發(fā)，儲存方面可以按照先進先出原則，在不增加存儲成本前期下，盡可能延長存放時間，讓氣味在此過程快速散發(fā)，減少裝車后散發(fā)到車內(nèi)。

2.7 后處理

車內(nèi)異味管控是一項系統(tǒng)且復雜的工作，涉及原材料，加工工藝、設備、裝配、包裝、生產(chǎn)環(huán)境，儲存環(huán)境、物流運輸?shù)龋我画h(huán)節(jié)的波動都會影響最終的結(jié)果，一致性控制難度很大。行業(yè)內(nèi)對整車的管控，一般通過正向研發(fā)，即通常將整車目標分解到零件，零件再分解到材料來嚴格管控。盡管主機廠在研發(fā)階段都會有嚴格的管控，但有機非金屬材料的散發(fā)特性決定了多少會帶有點氣味，可以控制在合理內(nèi)，但無法從根本上消除。因此，有時候從源頭上解決氣味，成本比較高，或者技術難度比較大，這時可考慮采用一些特殊的后處理措施，但這些措施要能量產(chǎn)實施。常見的方法有：烘烤，主動通風，延長物流周期等。烘烤主要是在基材成型前對基材進行烘烤除味，將異味早期脫除;主動通風主要是利用多孔材料散發(fā)性強的特點，通過增加電風扇或者利用自然風，加快零件存儲環(huán)境空氣流通，促進氣味快速散發(fā);延長物流可以認為是間接增加通風時間，通過延長物流，讓零部件有比較充裕的時間進行氣味散發(fā)，以便減少裝到車內(nèi)散發(fā)在車內(nèi)。此外，還可以通過一些設計改進來改善，例如頂棚、衣帽架零件下線后，可以放在四周無帆布遮擋的料架，通風有效散發(fā)。

3 結(jié)語

結(jié)果表明，選用低氣味的PP纖維和玻璃纖維表面處理劑、適合基材烘烤的烘箱種類、合適的成型工藝（包含烘烤溫度和時間）、良好的生產(chǎn)環(huán)境、儲存環(huán)境以及后處理措施對模壓零件氣味的提升有很大的改善作用。前期在選擇材料時，應該選擇低氣味表面處理劑，應該根據(jù)材料的特性，選擇合適的烘箱種類;成型烘烤工藝在確定時，應該首先了解材料的耐熱特性，選擇合適的烘烤溫度范圍及烘烤時間，模壓零件由于基材多孔疏松，吸附性比較強，因此，生產(chǎn)和儲存環(huán)境要確保無異味，且要保持良好的通風，在正常生產(chǎn)工藝，可以通過強制通風或增加電風扇單獨通風，加速異味散發(fā)。首次生產(chǎn)前，需要檢查并將防銹油擦拭干凈，防止污染零件。

參考文獻：

[1]孫彪，劉佳欣.面向年輕群體的智能汽車內(nèi)飾探究[J].設計，2019，21：61-63.

[2]張哲，黃松梅，李少華等.石墨烯負氧離子海島超纖新材料市場應用與展望[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2019，11：35-37.

[3]田水，韋俊.汽車內(nèi)飾件散發(fā)特性的試驗研究[J].汽車工藝與材料，2011（8）：15-17.

[4]薛振榮，楊靜娜，王曉虎等.車內(nèi)空氣質(zhì)量開發(fā)與管控方式的研究[J].汽車科技，2017（3）：56-59.

[5] 陶駿，楊丹，馬華躍等.淺析輕質(zhì)GMT在汽車內(nèi)飾板上的應用[J].汽車工藝與材料，2009（9）：65-67.

[6]張偉，董升順，蔣建云等.輕質(zhì)GMT板材制備技術與發(fā)展現(xiàn)狀[J].塑料工業(yè)，2011，39：50-52

[7]梅皓然，談政，盛杰.汽車內(nèi)飾件用麻纖維板與玻纖板性能的比較[J].汽車工藝與材料，2015（7）：56-59.