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      關于汽車座椅阻燃內飾面料及其工藝的研究進展

      城南二哥2022-05-17 23:28:35阻燃資訊中心110來源:阻燃布料_阻燃面料網

      關鍵詞:汽車座椅面料 安全指標 阻燃整理 無鹵阻燃劑

      摘要:隨著汽車安全事故的頻發,人們愈加重視汽車的安全性,對汽車座椅面料的阻燃性能也提出了更高的要求。介紹了汽車座椅面料的安全指標、常用汽車座椅面料。同時從阻燃纖維開發、阻燃整理加工技術、阻燃劑開發三方面闡述了座椅面料的阻燃整理研究現狀。通過對比分析鹵系阻燃劑和無鹵阻燃劑的研究現狀及其優缺點,指出未來汽車座椅面料的阻燃整理技術應向無鹵化、無毒、穩定性、高效性發展,重在提高無鹵阻燃劑的阻燃效率,各阻燃劑之間的復配協效,新技術和新材料的引進,減小有毒有害指標釋放。

      汽車作為現代人出行的必備工具,人們在追求舒適性和美觀性的同時,愈加重視汽車的安全性。但是近幾年,汽車安全事故依舊頻發,造成人員傷亡。如果賦予汽車面料優異的阻燃特性,可大大延緩火焰蔓延速度,給予人員更多的逃生時間。國外早已對于車用內飾面料的燃燒性提出了明確的法規要求,我國在校車、客車等營運車輛用內飾面料的阻燃要求上也提出新標準,將原水平燃燒速度≤100mm/min 的要求提高至≤70mm/min,并增加氧指數、煙密度等多項指標要求[1] ,大大加強了汽車自身的安全性。汽車內飾阻燃面料的推廣不僅能保障駕乘人員的生命安全,更是一項造福人類的公益事業。因此,汽車座椅面料的阻燃研究具有十分重要的意義。

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      01

      汽車座椅安全指標

      1.1 常規性能

      汽車內飾面料的常規性能:如原材料成分、老化、物理等性能應符合以下要求:

      (1)座椅類產品長期經受駕乘人員壓力與摩擦力,應具備較強的耐壓和耐磨性能。

      (2)在使用過程中不出現勾絲、起球、毛邊的現象,使用壽命長。

      (3)優異的染色牢度,具體指耐日曬、耐水浸、耐汗漬和耐摩擦色牢度等。

      (4)保證駕乘舒適感和座椅的美觀,應具備良好的尺寸穩定性、拉伸強力、縫合強度以及較高的伸展回復率。

      1.2 有毒有害釋放

      內飾面料有毒有害釋放指標主要包括氣味、甲醛含量、VOC 排放等。

      (1)氣味一般源自車內各種材料,它們或多或少都具有一定的氣味,一般主機廠要求的氣味≤3.5。

      (2)VOC 指車內有機揮發物,具體指烷烴類、烯烴類、芳烴類以及醛類和酮類等,被認為是車內空氣污染的主要來源,它主要是由連接車內一些部件的膠水、橡膠、涂料、塑料泡沫等材料揮發出來的刺激性氣體[2] ,嚴重影響人體健康,一般主機廠要求VOC≤50 μgC/g。

      (3)甲醛是一種無色,對人眼、鼻具有刺激性作用和窒息性的氣體,能致癌,危害性比較大,一般主機廠要求甲醛含量≤300 mg/kg。除此以外,還要求內飾面料具有抗霧淞性。霧凇[3]現象是指在擋風玻璃和車窗等上面形成一層霧狀沉淀,是由汽車內飾材料以及安裝這些材料的粘合劑中部分易揮成份蒸發出來,然后在玻璃上冷凝。這種現象不僅會影響車內空氣質量,也會對行車安全造成影響。常用的測試霧化度的方法有重量法和反射法,一般要求重量法測得霧化值應小于2 mg,反射法測得霧化值大于85%。

      1.3 燃燒安全性能

      內飾面料的燃燒安全性能主要包括水平燃燒性能、垂直燃燒性能、熔滴測試、煙密度、氧指數分類等[4]。在新的國家標準《客車內飾材料燃燒特性》中對各項指標提出了更高的新要求:水平燃燒性能不低于B級,垂直燃燒速度≤100 mm/min,滿足損毀長度≤150mm、續燃時間≤5s,陰燃時間≤5s,熔滴未引起脫脂棉燃燒,煙密度等級(SDR) ≤75,極限氧指數≥27%。

      02

      汽車座椅面料

      目前,市場上的汽車座椅面料主要包括人造革、真皮類和紡織品三大類,皮類座椅價格相對較昂貴,只在部分高檔汽車中有使用[5] 。我國建國初期生產的轎車座椅大多數采用的是人造革,特別是大型客車、火車座椅。紡織面料以其質量輕、強度高、耐磨好、柔軟性好、透氣性好、易印染、價格低等優點在現代汽車座椅面料市場中占據很大比例。

      目前,用于汽車座椅面料的紡織品大部分為機織物和針織物。機織物強度高、尺寸穩定性好、耐磨性好,主要品種有單層普通機織物、提花類機織物、起絨類機織物;針織物主要有緯編絨類、經編拉舍爾拉雙面絲絨織物、經編起毛圈沉降片絲絨織物以及三維間隔織物等[6] 。普通機織物缺乏豪華感,起絨類機織物色彩多樣,表面絨感豐富,價格相對昂貴。經編絨類相比機織物在豪華感上有很大優勢,主要表現在良好的延伸性、彈性、透氣性和手感,電腦提花、三維編織成形等技術發展潛力大。因此,針織絨類成為中高檔汽車內飾面料的優選材料,近些年來市場所占的比例逐年上升。

      03

      汽車座椅阻燃工藝發展現狀

      3.1 阻燃纖維的開發

      汽車座椅面料獲得阻燃效果可以通過兩種途徑,一是原絲阻燃,即在化纖紡絲時加入阻燃劑使其獲得阻燃性;二是半成品或成品阻燃,即對形成的纖維、紗線或者織物進行阻燃整理。西安工程大學桂林[7]曾對比了普通滌綸織物經阻燃整理和混用阻燃滌綸的織物進行了對比,結果表明,普通滌綸織物的阻燃耐久性較差,且經成本核算,普通滌綸織物阻燃整理的成本高出阻燃滌綸織物很多。因此,阻燃纖維的開發是非常值得研究的。目前,已經開發出許多阻燃纖維,常見的有阻燃聚酯纖維、阻燃聚丙烯纖維、芳綸(1414、1313)、芳砜綸PSA、聚苯并咪唑纖維PBI、聚酰亞胺PI、聚苯硫醚PPS、聚對苯撐苯并二噁唑纖維PBO、聚四氟乙烯PTEE等。

      在座椅面料中使用廣泛的是阻燃聚酯纖維,聚酯纖維原絲阻燃包括共聚法和共混法。共聚法是在紡絲的過程中,將含有阻燃元素(磷、硫、鹵素等)的化合物結合到成纖高聚物的大分子鏈上,然后再經熔融或濕法紡絲得到阻燃聚酯纖維[8],該方法阻燃效果持久、均勻性好。共混法是在熔體中加入阻燃劑進行共混紡絲,其阻燃持久效果不及共聚法,且在紡絲時,阻燃劑分散性差、易游離。所以,目前阻燃聚酯纖維的生產大多采用共聚法,將磷系阻燃劑作為共聚單體與成纖高聚物經縮聚反應,然后進行紡絲,一般能夠滿足阻燃效果的磷含量在6000ppm以上。

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      3.2 織物阻燃整理技術

      在織物阻燃整理技術上,主要通過后整理方式,使阻燃劑附著在纖維表面或纖維內部,從而達到暫時或持久的阻燃效果。目前常用的阻燃整理技術有以下幾種:

      (1)浸軋與浸漬法,此類方法是將紡織品置于阻燃液中,經過浸軋或者浸漬,具有一定的帶液率,經一定時間后烘干定型[9] 。

      (2)涂層法,將阻燃劑和樹脂進行分散混合,制得阻燃涂層膠,然后粘合到面料上。

      (3)噴霧法,將阻燃液直接噴到織物表面。該方法阻燃持久性較差,阻燃后的織物不能水洗或很少水洗,比較適合簇絨類、花紋類織物的阻燃整理[7] 。

      (4)有機溶劑法,將阻燃劑先溶于有機溶劑中,再對織物進行整理。該方法可以加快阻燃液進入織物內部,縮短時間,但會影響織物的外觀、手感和強度[10] ,在使用時應注意有機溶劑的燃燒性和毒性。

      3.3 阻燃劑的開發

      3.3.1 鹵系阻燃劑

      鹵系阻燃劑[11] 通過氣相阻燃機理,分解產生鹵化氫,消除高分子材料燃燒反應產生活性自由基,可達到高效優異的阻燃效果,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、氯代磷酸酯四溴雙酚A、六溴環十二烷等。同時鹵素阻燃劑可通過與其他阻燃劑、三氧化二銻等復配協效,不僅用量少,成本降低,對材料物理性能影響也小。但是鹵系的阻燃劑在燃燒的過程中產生煙量大、釋放氣體有毒致癌,會對環境造成污染[12] ,電子領域方面已漸漸淘汰鹵系阻燃劑。2006年7月,歐盟實施RoHS標準,明確指出多溴聯苯和多溴二苯醚限制使用[13] 。

      秦峰[14] 等對滌綸織物的多功能整理進行了探究,先采用十溴二苯乙烷對滌綸織物進行阻燃整理,然后又對其進行涂層、抗靜電、拒水、拒油整理,整理后的織物各項指標都符合要求,實現了多功能整理。

      丁佩佩等[15] 先采用氧氯化磷和季戊四醇反應制備了雙氯螺磷,又將雙氯螺磷與三乙醇胺反應制得了一種膨脹型阻燃劑,該阻燃劑不僅具有良好的阻燃效果,而且可以擴展滌綸的分解溫度范圍。陳超[16] 制備了苯基膦酸鈰(CeHPP),并將其與十溴二苯醚(DBDPO)復配,熔融法制備了玻纖增強聚對苯二甲酸乙二醇酯復合材料,結果表明,CeHPP 與DBDPO有很好的協效性,通過優化工藝,得到優工藝:2wt%的CeHPP 與6wt%的DBDO復配, 阻燃后的復合材料性能:LOI達到29.1,且達到UL94V-0級。

      3.3.2 無鹵阻燃劑

      相比鹵系,無鹵化阻燃劑包括無機阻燃劑和磷系阻燃劑,其具有無鹵、低煙且不易生成毒害氣體的特點,具有廣闊的發展前景,常見的無機阻燃劑有紅磷、Al(OH)3 、Mg(OH)2等。但是,無機阻燃劑普遍都存在阻燃效果差、填充量大、相容性差等缺點,不利于聚合物的加工,因而國內外在無機阻燃劑上已做過許多研究,超細化、微膠囊化、表面處理、協同增效等技術已經應用進來。常見的磷系阻燃劑有聚磷酸銨、環狀磷酸酯、磷腈阻燃劑、含磷多元醇、三聚氰胺聚磷酸鹽、三嗪三酮化合物、DOPO及其衍生物及膨脹阻燃體系等。磷系阻燃劑以其低煙、低毒的特性,在阻燃劑中占據重要的地位,但是其阻燃效率低于鹵系,與其他阻燃劑的協效性也不如鹵系,且阻燃體系不穩定,磷一旦揮發或失效,達不到理想的阻燃性能。

      磷氮阻燃劑是現在發展比較好的一種無鹵阻燃劑。任忠海等[17] 采用磷—氮協效阻燃劑對滌綸提花毛圈絨汽車內飾進行整理。研究結果表明,三嗪衍生物與磷系阻燃復配,表現出很好的協效性,可以顯著提高阻燃效果。陳玉洪[18] 開發了一支用于滌綸阻燃的磷氮協效涂層阻燃膠,以三聚氰胺聚磷酸銨(MPOP)、季戊四醇(PER)、氰尿酸三聚氰胺(MCA)分別為酸源、碳源、氣源,得到了一支阻燃效果優異,且耐洗性較好的氮磷系阻燃涂層膠。阻燃后的織物手感受到較大的影響,強力和顏色影響較小。LvQ等[19] 合成了一種新型的三聚氰胺磷酸酯阻燃劑,并將其用于環氧樹脂。結果顯示,當阻燃劑添加量從20%增加到25%時,LoI 從28提高到30,阻燃性能達到UL94V-0 級。

      DOPO及其衍生物是一種新型的無鹵阻燃劑,它具有無煙、無毒、不遷移的特點,且其阻燃性能優于普通有機磷酸酯,阻燃效果持久,對原料力學性能無影響[20] 。方寅春等[21] 分別用DOPO和它的羥甲基衍生物DOPO-CH2OH 對滌綸織物進行后整理,又將它們與分散染料同浴處理滌綸織物。結果表明,DOPO和DOPO-CH2OH 處理滌綸織物都獲得了較好的阻燃效果,但是DOPO對分散染料染色性能影響較大,DOPO-CH2OH 對分散染料影響較小。

      邱勇[22] 將DOPO引入到三-(醛基苯氧基) -三嗪的結構中,制備了含有多阻燃官能團的化合物Trif-DOPO,該阻燃劑用于雙酚A 縮水甘油醚/4,4'-二氨基-二苯基砜環氧樹脂體系時,若體系中磷含量達到1.2%,環氧樹脂的極限氧指數為36%,并達到UL94V-0 級,賦予環氧樹脂優異的阻燃性能。

      04

      結語

      近些年來,隨著綠色健康意識的增強,主機廠對汽車內飾面料的氣味、甲醛含量、VOC 排放、抗霧凇性等指標要求越來越高,對阻燃整理工藝也提出了更多要求。阻燃整理工藝的發展主要是新型阻燃劑的開發,無機阻燃劑的超細化、微膠囊化、表面處理等技術的應用;有機阻燃劑的高分子量化增強其熱穩定性;各阻燃劑之間的復配協效,取長補短,提高阻燃效率,降低阻燃成本;新材料和新工藝的引進,開發無鹵化、低煙、無毒、高效性、穩定性好、協效性好、對原料性能影響小的阻燃劑,是未來阻燃研究的方向。


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