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关于汽车座椅阻燃内饰面料及其工艺的研究进展
发布日期:2021-12-31
汽车作为现代人出行的必备工具,人们在追求舒适性和美观性的同时,愈加重视汽车的安全性。但是近几年,汽车安全事故依旧频发,造成人员伤亡。如果赋予汽车面料优异的阻燃特性,可大大延缓火焰蔓延速度,给予人员更多的逃生时间。
 
    汽车座椅安全指标
 
    1.1常规性能
 
    汽车内饰面料的常规性能:如原材料成分、老化、物理等性能应符合以下要求:
 
    (1)座椅类产品长期经受驾乘人员压力与摩擦力,应具备较强的耐压和耐磨性能。
 
    (2)在使用过程中不出现勾丝、起球、毛边的现象,使用寿命长。
 
    (3)优异的染色牢度,具体指耐日晒、耐水浸、耐汗渍和耐摩擦色牢度等。
 
    (4)保证驾乘舒适感和座椅的美观,应具备良好的尺寸稳定性、拉伸强力、缝合强度以及较高的伸展回复率。
 
    1.2有毒有害释放
 
    内饰面料有毒有害释放指标主要包括气味、甲醛含量、VOC排放等。
 
    (1)气味一般源自车内各种材料,它们或多或少都具有一定的气味,一般主机厂要求的气味≤3.5。
 
    (2)VOC指车内有机挥发物,具体指烷烃类、烯烃类、芳烃类以及醛类和酮类等,被认为是车内空气污染的主要来源,它主要是由连接车内一些部件的胶水、橡胶、涂料、塑料泡沫等材料挥发出来的刺激性气体[2],严重影响人体健康,一般主机厂要求VOC≤50μgC/g。
 
    (3)甲醛是一种无色,对人眼、鼻具有刺激性作用和窒息性的气体,能致癌,危害性比较大,一般主机厂要求甲醛含量≤300mg/kg。除此以外,还要求内饰面料具有抗雾淞性。雾凇[3]现象是指在挡风玻璃和车窗等上面形成一层雾状沉淀,是由汽车内饰材料以及安装这些材料的粘合剂中部分易挥成份蒸发出来,然后在玻璃上冷凝。这种现象不仅会影响车内空气质量,也会对行车安全造成影响。常用的测试雾化度的方法有重量法和反射法,一般要求重量法测得雾化值应小于2mg,反射法测得雾化值大于85%。
 
    1.3燃烧安全性能
 
    内饰面料的燃烧安全性能主要包括水平燃烧性能、垂直燃烧性能、熔滴测试、烟密度、氧指数分类等[4]。在新的国家标准《客车内饰材料燃烧特性》中对各项指标提出了更高的新要求:水平燃烧性能不低于B级,垂直燃烧速度≤100mm/min,满足损毁长度≤150mm、续燃时间≤5s,阴燃时间≤5s,熔滴未引起脱脂棉燃烧,烟密度等级(SDR)≤75,极限氧指数≥27%。
 
    汽车座椅面料
 
    目前,市场上的汽车座椅面料主要包括人造革、真皮类和纺织品三大类,皮类座椅价格相对较昂贵,只在部分高档汽车中有使用[5]。我国建国初期生产的轿车座椅大多数采用的是人造革,特别是大型客车、火车座椅。纺织面料以其质量轻、强度高、耐磨好、柔软性好、透气性好、易印染、价格低等优点在现代汽车座椅面料市场中占据很大比例。
 
    目前,用于汽车座椅面料的纺织品大部分为机织物和针织物。机织物强度高、尺寸稳定性好、耐磨性好,主要品种有单层普通机织物、提花类机织物、起绒类机织物;针织物主要有纬编绒类、经编拉舍尔拉双面丝绒织物、经编起毛圈沉降片丝绒织物以及三维间隔织物等[6]。普通机织物缺乏豪华感,起绒类机织物色彩多样,表面绒感丰富,价格相对昂贵。经编绒类相比机织物在豪华感上有很大优势,主要表现在良好的延伸性、弹性、透气性和手感,电脑提花、三维编织成形等技术发展潜力大。因此,针织绒类成为中高档汽车内饰面料的优选材料,近些年来市场所占的比例逐年上升。
 
    汽车座椅阻燃工艺发展现状
 
    3.1阻燃纤维的开发
 
    汽车座椅面料获得阻燃效果可以通过两种途径,一是原丝阻燃,即在化纤纺丝时加入阻燃剂使其获得阻燃性;二是半成品或成品阻燃,即对形成的纤维、纱线或者织物进行阻燃整理。西安工程大学桂林[7]曾对比了普通涤纶织物经阻燃整理和混用阻燃涤纶的织物进行了对比,结果表明,普通涤纶织物的阻燃耐久性较差,且经成本核算,普通涤纶织物阻燃整理的成本高出阻燃涤纶织物很多。因此,阻燃纤维的开发是非常值得研究的。目前,已经开发出许多阻燃纤维,常见的有阻燃聚酯纤维、阻燃聚丙烯纤维、芳纶(1414、1313)、芳砜纶PSA、聚苯并咪唑纤维PBI、聚酰亚胺PI、聚苯硫醚PPS、聚对苯撑苯并二噁唑纤维PBO、聚四氟乙烯PTEE等。
 
    在座椅面料中使用最广泛的是阻燃聚酯纤维,聚酯纤维原丝阻燃包括共聚法和共混法。共聚法是在纺丝的过程中,将含有阻燃元素(磷、硫、卤素等)的化合物结合到成纤高聚物的大分子链上,然后再经熔融或湿法纺丝得到阻燃聚酯纤维[8],该方法阻燃效果持久、均匀性好。共混法是在熔体中加入阻燃剂进行共混纺丝,其阻燃持久效果不及共聚法,且在纺丝时,阻燃剂分散性差、易游离。所以,目前阻燃聚酯纤维的生产大多采用共聚法,将磷系阻燃剂作为共聚单体与成纤高聚物经缩聚反应,然后进行纺丝,一般能够满足阻燃效果的磷含量在6000ppm以上。
 
    3.2织物阻燃整理技术
 
    在织物阻燃整理技术上,主要通过后整理方式,使阻燃剂附着在纤维表面或纤维内部,从而达到暂时或持久的阻燃效果。目前常用的阻燃整理技术有以下几种:
 
    (1)浸轧与浸渍法,此类方法是将纺织品置于阻燃液中,经过浸轧或者浸渍,具有一定的带液率,经一定时间后烘干定型[9]。
 
    (2)涂层法,将阻燃剂和树脂进行分散混合,制得阻燃涂层胶,然后粘合到面料上。
 
    (3)喷雾法,将阻燃液直接喷到织物表面。该方法阻燃持久性较差,阻燃后的织物不能水洗或很少水洗,比较适合簇绒类、花纹类织物的阻燃整理[7]。
 
    (4)有机溶剂法,将阻燃剂先溶于有机溶剂中,再对织物进行整理。该方法可以加快阻燃液进入织物内部,缩短时间,但会影响织物的外观、手感和强度[10],在使用时应注意有机溶剂的燃烧性和毒性。
 
    3.3阻燃剂的开发
 
    3.3.1卤系阻燃剂
 
    卤系阻燃剂[11]通过气相阻燃机理,分解产生卤化氢,消除高分子材料燃烧反应产生活性自由基,可达到高效优异的阻燃效果,主要有十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、八溴醚、六溴醚、三溴新戊醇、氯代磷酸酯四溴双酚A、六溴环十二烷等。同时卤素阻燃剂可通过与其他阻燃剂、三氧化二锑等复配协效,不仅用量少,成本降低,对材料物理性能影响也小。但是卤系的阻燃剂在燃烧的过程中产生烟量大、释放气体有毒致癌,会对环境造成污染[12],电子领域方面已渐渐淘汰卤系阻燃剂。2006年7月,欧盟实施RoHS标准,明确指出多溴联苯和多溴二苯醚限制使用[13]。
 
    秦峰[14]等对涤纶织物的多功能整理进行了探究,先采用十溴二苯乙烷对涤纶织物进行阻燃整理,然后又对其进行涂层、抗静电、拒水、拒油整理,整理后的织物各项指标都符合要求,实现了多功能整理。
 
    丁佩佩等[15]先采用氧氯化磷和季戊四醇反应制备了双氯螺磷,又将双氯螺磷与三乙醇胺反应制得了一种膨胀型阻燃剂,该阻燃剂不仅具有良好的阻燃效果,而且可以扩展涤纶的分解温度范围。陈超[16]制备了苯基膦酸铈(CeHPP),并将其与十溴二苯醚(DBDPO)复配,熔融法制备了玻纤增强聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料,结果表明,CeHPP与DBDPO有很好的协效性,通过优化工艺,得到最优工艺:2wt%的CeHPP与6wt%的DBDO复配,阻燃后的复合材料性能:LOI达到29.1,且达到UL94V-0级。
 
    3.3.2无卤阻燃剂
 
    相比卤系,无卤化阻燃剂包括无机阻燃剂和磷系阻燃剂,其具有无卤、低烟且不易生成毒害气体的特点,具有广阔的发展前景,常见的无机阻燃剂有红磷、Al(OH)3、Mg(OH)2等。但是,无机阻燃剂普遍都存在阻燃效果差、填充量大、相容性差等缺点,不利于聚合物的加工,因而国内外在无机阻燃剂上已做过许多研究,超细化、微胶囊化、表面处理、协同增效等技术已经应用进来。常见的磷系阻燃剂有聚磷酸铵、环状磷酸酯、磷腈阻燃剂、含磷多元醇、三聚氰胺聚磷酸盐、三嗪三酮化合物、DOPO及其衍生物及膨胀阻燃体系等。磷系阻燃剂以其低烟、低毒的特性,在阻燃剂中占据重要的地位,但是其阻燃效率低于卤系,与其他阻燃剂的协效性也不如卤系,且阻燃体系不稳定,磷一旦挥发或失效,达不到理想的阻燃性能。
 
    磷氮阻燃剂是现在发展比较好的一种无卤阻燃剂。任忠海等[17]采用磷—氮协效阻燃剂对涤纶提花毛圈绒汽车内饰进行整理。研究结果表明,三嗪衍生物与磷系阻燃复配,表现出很好的协效性,可以显著提高阻燃效果。陈玉洪[18]开发了一支用于涤纶阻燃的磷氮协效涂层阻燃胶,以三聚氰胺聚磷酸铵(MPOP)、季戊四醇(PER)、氰尿酸三聚氰胺(MCA)分别为酸源、碳源、气源,得到了一支阻燃效果优异,且耐洗性较好的氮磷系阻燃涂层胶。阻燃后的织物手感受到较大的影响,强力和颜色影响较小。LvQ等[19]合成了一种新型的三聚氰胺磷酸酯阻燃剂,并将其用于环氧树脂。结果显示,当阻燃剂添加量从20%增加到25%时,LoI从28提高到30,阻燃性能达到UL94V-0级。
 
    DOPO及其衍生物是一种新型的无卤阻燃剂,它具有无烟、无毒、不迁移的特点,且其阻燃性能优于普通有机磷酸酯,阻燃效果持久,对原料力学性能无影响[20]。方寅春等[21]分别用DOPO和它的羟甲基衍生物DOPO-CH2OH对涤纶织物进行后整理,又将它们与分散染料同浴处理涤纶织物。结果表明,DOPO和DOPO-CH2OH处理涤纶织物都获得了较好的阻燃效果,但是DOPO对分散染料染色性能影响较大,DOPO-CH2OH对分散染料影响较小。
 
    将DOPO引入到三-(醛基苯氧基)-三嗪的结构中,制备了含有多阻燃官能团的化合物Trif-DOPO,该阻燃剂用于双酚A缩水甘油醚/4,4'-二氨基-二苯基砜环氧树脂体系时,若体系中磷含量达到1.2%,环氧树脂的极限氧指数为36%,并达到UL94V-0级,赋予环氧树脂优异的阻燃性能。