汽車內(nèi)飾用PVC消音革的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究

馬兆強(qiáng)，張彥慶，沈真軾，路振海，李建臣

（1.一汽-大眾汽車有限公司青島分公司，山東 青島 266000；2.森歐汽車內(nèi)飾材料（江蘇）有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000）

0 引言

隨著汽車電動(dòng)化、智能化、共享化的進(jìn)一步深入，汽車除了作為一種高效的交通工具之外，也為用戶提供了一個(gè)相對(duì)私密、安靜、娛樂(lè)的空間。因此，客戶對(duì)汽車座艙在舒適、安靜、空間多變等方面的要求日益提高。近年來(lái)，手感細(xì)膩、可防止摩擦異響（Squeak）、耐老化性能優(yōu)異的消音聚氯乙烯(PVC)人造革被越來(lái)越多的設(shè)計(jì)師和終端用戶所青睞[1-4]。作者發(fā)現(xiàn)針對(duì)消音PVC 人造革的研究多集中在異響原理研究及整車設(shè)計(jì)改善方向，針對(duì)PVC 消音人造革里起主導(dǎo)作用的消音劑的添加方式及對(duì)消音PVC 人造革性能及應(yīng)用的影響未做過(guò)系統(tǒng)性研究。文章基于此背景開(kāi)展研究。

汽車內(nèi)飾摩擦異響主要是由相鄰零件接觸摩擦產(chǎn)生粘滑效應(yīng)（Stick-Slip）引起[5]，實(shí)際體現(xiàn)為PVC 人造革面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生過(guò)高的粘滑效應(yīng)導(dǎo)致。

通常解決異響方式為在PVC 表面做消音處理，降低粘滑效應(yīng)。粘滑效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)值（RPN）可通過(guò)VDA230-206 標(biāo)準(zhǔn)及配套粘滑測(cè)試儀測(cè)試得出，數(shù)值越小表示風(fēng)險(xiǎn)越低。

市面上常見(jiàn)的消音劑包含石蠟、有機(jī)硅類等，有機(jī)硅類是研究?jī)r(jià)值最高的一種。其兼具有機(jī)高分子材料的成膜性、透明性、柔軟性及無(wú)機(jī)材料的不燃性、耐擦性、高硬度等特性[6]。目前有機(jī)硅消音劑改性研究已成熱點(diǎn)，取得了很多成果，有廣泛應(yīng)用[7]。

作者經(jīng)過(guò)大量的配方開(kāi)發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐，對(duì)不同供應(yīng)商的有機(jī)硅消音劑進(jìn)行了篩選，優(yōu)化了最佳添加量，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)與應(yīng)用工藝進(jìn)行了優(yōu)化與驗(yàn)證，成功建立了一套生產(chǎn)高耐磨、耐老化的消音PVC 人造革的最佳加工方式及后整理工藝，為有機(jī)硅消音劑在消音PVC 人造革的生產(chǎn)制造及深入研究奠定了基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

文章重點(diǎn)研究表面涂層中消音助劑對(duì)PVC 人造革消音、耐磨及老化性能的影響。所用PVC 基材底布為35/65 棉滌混紡布，人造革基材配方如表1 所示。

表1 實(shí)驗(yàn)用PVC 人造革基材配方

文中所用水性涂料及主要助劑均由斯塔爾提供，在研究不同消音助劑對(duì)材料性能的影響時(shí)，除消音助劑由不同供應(yīng)商提供外，水性涂料及其它助劑均由斯塔爾提供且其配比保持一致。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

文中所用主要設(shè)備及供應(yīng)商如下:

粘滑測(cè)試儀SSP-04，ZIEGLER-Instruments GmbH；

恒溫恒濕試驗(yàn)箱SETH-Z-022R，愛(ài)斯佩克環(huán)境儀器（上海）有限公司；

馬丁代爾耐磨儀YG401D-III，溫州方圓儀器有限公司；

精密烘箱PH-100，上海蘇盈試驗(yàn)儀器有限公司；

數(shù)顯型頂置式機(jī)械攪拌器IKA RW 20，德國(guó)艾卡；

電熱蒸汽發(fā)生器DZFZ9，上海佳田制造有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

（1）消音性能測(cè)試：材料消音性能測(cè)試在德國(guó)Ziegler InstrumentsGmbH的SSP-04 消音測(cè)試儀上，按照VDA230-206 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。分別裁取20mm×25mm 及27mm×50mm 各兩塊。在室溫條件下存放8h 后測(cè)試在10N 及40N 壓力下，移動(dòng)速度分別為1 mm/min 及4 mm/min 時(shí)的粘滑系數(shù)。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)粘滑系數(shù)測(cè)試結(jié)果計(jì)算出產(chǎn)生異響的風(fēng)險(xiǎn)因子RPN 值。RPN 值越小，說(shuō)明材料與其它表面接觸產(chǎn)生摩擦異響的風(fēng)險(xiǎn)越小。

（2）老化性能測(cè)試：PVC 人造革老化性能測(cè)試在愛(ài)斯佩克環(huán)境儀器（上海）有限公司SETH-Z-022R 恒溫恒濕試驗(yàn)箱中按照環(huán)境老化標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，將PVC 人造革樣品按要求懸掛于SETH-Z-022R 恒溫恒濕箱中，在溫度為（90±5）℃，濕度為95%～100%R.H.的條件下老化336 h。測(cè)試后樣品外觀無(wú)白化、起霜、析出等異常則可進(jìn)行后續(xù)其它實(shí)驗(yàn)，否則判定為材料老化失效。

（3）馬丁代爾耐磨色牢度測(cè)試：馬丁代爾耐磨色牢度測(cè)試按照VDA230-211（方法A）的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。取直徑160 mm 圓形樣品固定于設(shè)備圓形底座上，并將將磨布（規(guī)格為STFI MD100）固定于耐磨頭上，在壓力負(fù)載12 KPa 條件下磨耗樣品19 000 次后，用50 倍顯微鏡目測(cè)觀察外觀磨耗狀態(tài)。材料無(wú)可觀察到的破損為合格，否則為不合格并描述破損狀態(tài)。

（4）耐高溫蒸汽性能：材料耐高溫蒸汽性能用電熱蒸汽發(fā)生器DZFZ9 及蒸汽熨斗進(jìn)行測(cè)試，將樣品平鋪于實(shí)驗(yàn)臺(tái)或熨衣板上，調(diào)節(jié)好蒸汽發(fā)生器的蒸汽壓力（0.2～0.5 MPa)，用高溫蒸汽對(duì)樣品熨燙10～15 s 后，用干凈棉布快速速擦干樣品表面殘留水漬后，觀察樣品外觀狀態(tài)并與未熨燙部分對(duì)比。如熨燙部分與未熨燙部分無(wú)明顯色差或其它外觀差異，則樣品合格。如有明顯色差或發(fā)白現(xiàn)象，則記錄為不合格并描述失效狀態(tài)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同消音助劑對(duì)性能的影響

為研究不同消音助劑對(duì)材料消音性能、耐磨及耐高溫性能的影響，用相同基礎(chǔ)配方，對(duì)市面上常見(jiàn)的有機(jī)硅消音助劑進(jìn)行平行對(duì)比測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同消音劑消音性能及耐高溫蒸汽性能對(duì)比

從表2 結(jié)果可以看出，四種消音助劑均能為PVC 人造革提供良好的消音性能，但不同材料老化或耐磨后的消音性能差別較大。其中，使用斯塔爾消音助劑和競(jìng)品B 的PVC 人造革在老化和耐磨測(cè)試后后仍然具有較好的消音性能。說(shuō)明這兩種消音材料與涂層樹(shù)脂的分散性及兼容性較好，成型加工過(guò)程使消音助劑與涂層樹(shù)脂間通過(guò)化學(xué)鍵或氫鍵形成了較為穩(wěn)定的膜結(jié)構(gòu)，這種膜結(jié)構(gòu)使PVC 人造革在老化及耐磨性能測(cè)試后仍然能夠保持較好的消音性能。使用競(jìng)品C 和競(jìng)品D 的PVC 人造革在老化和耐磨測(cè)試后的消音性能幾乎消失，說(shuō)明這兩種助劑與涂層樹(shù)脂的分散性及兼容性較差相互作用力較弱，在老化或耐磨測(cè)試過(guò)程中，消音助劑發(fā)生了遷移或團(tuán)聚，從而使膜結(jié)構(gòu)的消音性能消失。使用競(jìng)品D 的PVC 人造革在耐高溫蒸汽性能測(cè)試后可觀察到白點(diǎn)和白色線條，這進(jìn)一步證實(shí)了該消音助劑在高溫時(shí)溶性差。這種除了產(chǎn)生白色斑點(diǎn)或線條外，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懲繉釉诶匣蛲饬δΣ料庐a(chǎn)生表面蛻皮現(xiàn)象。

2.2 消音助劑添加量對(duì)性能的影響

為考察涂層材料中消音助劑添加量對(duì)PVC 人造革消音、老化、耐磨及耐高溫蒸汽性能的影響，我們使用同批次PVC 基材，固定涂層配方其它原料配比，分別添加2，4，12 及16 份的斯塔爾消音助劑。

PVC 人造革的消音性能隨著助劑添加量的增加而提升，PVC 人造革和老化測(cè)試后的樣品在助劑添加量為8 份時(shí)即達(dá)到最佳值，耐磨測(cè)試后的樣品在助劑添加量為12 份時(shí)達(dá)到最佳值。當(dāng)添加量＞12 份時(shí)，老化和耐磨測(cè)試后樣品的消音性能隨著助劑添加量的增加反而有所下降。當(dāng)助劑添加量達(dá)到16 份時(shí)，馬丁代爾耐磨測(cè)試PVC 人造革樣品出現(xiàn)輕微破損，這說(shuō)明過(guò)多的助劑添加量對(duì)涂層膜結(jié)構(gòu)的耐磨性能帶來(lái)了不利影響。助劑添加量為16 份的PVC 人造革樣品經(jīng)高溫蒸汽熨燙后出現(xiàn)輕微白點(diǎn)，這說(shuō)明過(guò)高的添加量可能造成助劑在涂層樹(shù)脂中團(tuán)聚或者從涂層樹(shù)脂中游離出來(lái)，從而影響了涂層膜結(jié)構(gòu)本身的性能并產(chǎn)生表面瑕疵。

2.3 分散工藝對(duì)PVC 人造革性能的影響

消音助劑的分散性除了受本身結(jié)構(gòu)及添加量的影響外，適當(dāng)?shù)姆稚⒐に嚕鐢嚢杷俾逝c攪拌時(shí)間對(duì)消音助劑在涂層樹(shù)脂中的分散也起著至關(guān)重要的作用。作者使用德國(guó)艾卡（IKARW20）數(shù)顯型頂置式機(jī)械攪拌器研究了攪拌速率及攪拌時(shí)間對(duì)涂層樹(shù)脂及PVC 人造革性能的影響。

當(dāng)攪拌速度＜800 r/min 時(shí)，很難通過(guò)涂料外觀判斷消音助劑是否分散均勻。此時(shí)攪拌時(shí)間對(duì)消音助劑的分散及PVC 人造革的耐高溫蒸汽性能有明顯的影響。當(dāng)攪拌時(shí)間為5 min 時(shí)，經(jīng)高溫蒸汽熨燙的樣品表面出現(xiàn)白色斑點(diǎn)。這些白色斑點(diǎn)是由于消音助劑未能在涂層樹(shù)脂中很好地分散或在涂層膜中重新團(tuán)聚產(chǎn)生的。當(dāng)攪拌時(shí)間達(dá)到10 min 時(shí)，高溫蒸汽熨燙后的樣品表面未觀察到明顯異常。說(shuō)明增加攪拌時(shí)間有助于消音助劑更好地分散，從而形成更加穩(wěn)定、均勻的涂層膜結(jié)構(gòu)。當(dāng)攪拌速度達(dá)到1 200 r/min 時(shí)，涂料中有大量氣泡出現(xiàn)。涂層中的氣泡嚴(yán)重影響了涂料的加工性能，這些氣泡在施工過(guò)程中容易破裂導(dǎo)致PVC人造革樣品表面出現(xiàn)亮點(diǎn)或疵點(diǎn)。這些疵點(diǎn)嚴(yán)重地影響了PVC人造革表面的消音性能。

2.4 熨燙工藝對(duì)后整理及外觀影響

PVC 人造革制成汽車零部件過(guò)程中，由于裁剪、縫紉、包裝運(yùn)輸及成型與包覆過(guò)程，容易產(chǎn)生褶皺、壓痕等外觀缺陷。為考察材料的耐高溫蒸汽性能并優(yōu)化高溫熨燙后整理工藝，作者研究了后整理蒸汽壓力對(duì)后整理時(shí)長(zhǎng)及材料外觀的影響。

隨著高溫蒸汽熨燙時(shí)蒸汽壓力的升高，消除零部件表面褶皺及折痕所需的時(shí)間明顯減少，后整理效率明顯提高。當(dāng)蒸汽壓力達(dá)到0.4 MPa 時(shí)，雖然材料表面褶皺和折痕能迅速消失，但部分材料表面開(kāi)始出現(xiàn)少量白點(diǎn)，這些白點(diǎn)在后整理完成3～5 min 內(nèi)迅速消失繼續(xù)增加蒸汽壓力材料表面的白點(diǎn)更加明顯且難消失。在使用高溫蒸汽熨斗時(shí)，熨斗出口處的蒸汽溫度隨蒸汽發(fā)生器中蒸汽壓力的升高而升高。材料表面的白點(diǎn)可歸因于過(guò)高的蒸汽溫度增強(qiáng)了材料表面膜結(jié)構(gòu)中消音助劑的遷移，或破壞了表面膜結(jié)構(gòu)中的層間交聯(lián)而引起的。為提高零部件成型后的后整理效率并保證材料的外觀不受影響，研究結(jié)果建議后整理時(shí)蒸汽發(fā)生器中的蒸汽壓力不超過(guò)0.4 MPa 為宜。

3 結(jié)語(yǔ)

文章對(duì)不同消音助劑，消音助劑添加量及助劑分散工藝對(duì)PVC 人造革的消音、老化、耐磨等性能做了系統(tǒng)研究，對(duì)使用材料過(guò)程中的后整理工藝進(jìn)行了研究與優(yōu)化，結(jié)果表明，斯塔爾消音助劑和競(jìng)品B 與涂層材料有較好的分散性和相容性，添加斯塔爾消音助劑和競(jìng)品B 的PVC 人造革具有較好的消音、老化與耐磨性能。涂層配方中消音助劑的最佳添加量為8～12 份。在消音助劑的分散過(guò)程中，攪拌速度不要超過(guò)800 r/min，攪拌時(shí)長(zhǎng)不少于10 min 為最佳分散條件。在使用消音PVC 人造革包覆的零部件后整理過(guò)程中，高溫蒸汽發(fā)生器內(nèi)蒸汽的壓力不宜超過(guò)0.4 MPa。