汽车内饰材料的研究进展

汽车零部件检测实验室汽车内饰材料的研究进展摘要：汽车内饰带给人直观、舒适的感觉，可直接影响汽车的商品形象，文章综述了汽车内饰材料目前的研究进展，从面饰材料、缓冲材料和内饰骨架等方面介绍了其在内饰件中的应用，并针对具体部件作以详细解析。随着新型材料的发展，各种改性、增强材料也在内饰的应用日益广泛，极大改善了内饰材料的使用性及舒适性。行业的发展，必然促使材料的振兴，展望了内饰材料的发展趋势。关键词：内饰材料；面饰；缓冲；骨架；进展汽车，代步的交通工具，随着我国经济的发展，在人们日常生活中扮演日益重要的角色。众所周知，汽车外观很重要,给人带来视觉的美感[1]。但内饰也不容忽视，汽车内饰材料按乘用车内饰件的结构层次与功能，可分为面饰材料、缓冲材料和内饰件骨架（或基础）材料等3类[2]。面饰材料主要有纤维材料、皮革、木材及再生纤维毛毡等，主要用于生产地毯、顶篷等各种面料；缓冲材料主要有PU和PP发泡材料，如座椅等。面饰材料和缓冲材料在汽车内饰中起减震、隔热、装饰、吸音和遮音等功能。内饰件骨架材料主要有金属材料和其它新型复合材料，这些骨架材料主要保证驾驶舱的安全性和功能性。目前除了座椅骨架常用金属材料外，其它内饰件骨架则主要是高分子材料及各种复合材料。随着汽车的快速发展，各种新型材料也在汽车内饰中有着较快的发展和应用[3]。1面饰材料目前常用的面饰材料及应用如表1所示。以下主要从座椅、仪表板、门内板、地毯、顶篷及行李箱面饰等几方面介绍面料材料的应用现状。表1面饰材料类型及主要用途材料类型主要用途机织面料座椅、车门和窗帘经编面料车门、车顶、中柱和窗帘割绒面料座椅、车门纬编提花面料座椅、车门非织造面料地毯、车顶、中柱和行李箱前挡板的上部、中部及左右两侧再生纤维毛毡仪表板的左右两侧及右下护板、变速杆顶部、顶棚、后围和行李箱汽车用皮革座椅、车门和方向盘汽车用木材仪表板、副仪表板、变速杆头、门扶手和方向盘1.1座椅面料目前，座椅面料仍以织物、PVC造革为多，天然真皮革只有欧美等国在部分高端车型中采用[2]。除此以外，各种新型织物以其价格优、质量好等特色也逐步替代一些传统织物和皮汽车零部件检测实验室革。在西欧，采用软纤维过半，美国则多采用拉舍尔和天鹅绒。而日本则更为多样化，针织物、针织布、天鹅绒等都有应用。面料的织法多是长毛针织或特殊花样。各种调和及隐蔽花纹也在逐步兴起。图1显示从选材、机能、加工方法、评价方法等几方面对座椅面料的要求[错误!未定义书签。]。图1座椅表皮材料1.2仪表板表皮仪表板是内饰件中较大的总成件，除了要求其外观具有柔顺性以外，对防止光反射、耐冲击、耐挤压、耐热、耐光等性能也有具体规定[4]。表2体现了材料性能及加工工艺等对仪表板表皮材料的要求。表2仪表板表皮材料的特点搪塑型涂装型真空成型粉末成型溶胶成型型模包涂半硬PVC硬质PVC压花压革纹⊙⊙⊙△△△纹理压针迹纹⊙□□△△△表皮厚度均匀性□□～△□△△△材料构成PVC粉PVC膏状PUR涂料PVC/ABS/NBRPVC/PVC发泡体PVC/PP发泡体材料厚度（mm）1.0～1.21.5～2.050～80um0.8～1.02.5～3.02.5～3.0成本□～△△△□□□材料性能抗拉强度9.8*104N/m2100～150100～15010～20150～20050～70100～150伸长率（%）200～300300～40050～150100～200200～300200～300耐光及耐热性□□□□□□雾度△注：⊙——最好，□——好，△——一般近年来，仪表板的设计趋向是与其它部件一体化，因此PVC空心模压法越来越受到重视，往往采用注射成型，与此同时，粉状物搪塑成型的均一薄壁化工艺，也可进一步使表皮软化。表皮成型方法项目座椅表皮材料选材机能加工评价织物PVC真皮人造皮革天然材料防静电耐水性缝制成型耐光、耐磨耐扭搓、耐用风格定量汽车零部件检测实验室片材直接成型。1.3.1地毯汽车地毯多以PVC发泡体、橡胶基片材、尼龙割绒以及聚丙烯、聚醋纤维经针刺或簇绒织物制成。由于计算机的应用，织物的各种图案和颜色都相继出现[3]。对织物基料喷射染料，提高其耐久性的新技术也正在应用。地毯与仪表板一样要求挺括和防声，绝对不允许有松弛、折皱产生，所以基材大都采用聚乙烯。现今不断开发了新的材料加工法，其中对地毯的整体化技术也进行了大量研究。如为保证地毯外观、成型性和定型性，汽车地板最好趋于平面化。1.3.2顶篷及行李箱顶篷在汽车中相当于房屋的天花板，它对车厢内的装饰效果和保温隔音效果有较大影响。随着中国汽车工业的发展，粘贴顶篷与软顶已逐渐被成型硬顶所取代。目前常用的硬顶基材主要是热塑性和热固性两种，但由于热固性PF材料成本高能耗大适用于中高档车，目前主要还是热塑性基材为主[1]。顶篷面料需综合考虑成型自由度、柔软度、价格等因素。聚酯纤维无纺布在几年前就逐渐替代了传统的PVC或TPE片材[6]。顶篷基材贴合无纺布后，进行热压成型，有时还在压前对无纺布印刷带色图案，使之更加风格化、高档化[6]。国内顶篷面料仍大多继续沿用PVC与PU泡沫复合片材，织物型复合材料仅应用在个别高档车型上[7]。目前压制成型硬顶式顶篷仍处于试制阶段。目前，后行李箱架多数采用无纺布与热塑性树脂复合压制成型工艺，预计今后顶篷也可能借鉴这种成型方法加以应用。2.缓冲材料缓冲材料主要有PU和PP发泡材料等。在乘用汽车内饰中起减震、隔热、装饰、吸音和遮音等功能，对乘用车的乘坐舒适性起着十分重要的作用。2.1PU泡沫塑料PU泡沫塑料在汽车软饰塑料制品中占有重要地位。在1971年日本55%的PU软质或半硬质泡沫塑料被用于汽车工业。随着自结皮发泡技术、RIM和RRIM成型技术的出现，PU泡沫在汽车中的应用日趋扩大[8]。目前，依据使用原料、添加剂种类不同，可获得性能各不相同的聚氨酯，主要包括软质PU泡沫塑料、半硬质PU泡沫材料及硬质PU泡沫材料。下表所列为PU在汽车中的应用。表格3PU在汽车中的应用PU类型汽车零部件软质泡沫塑料切块遮阳板、顶篷衬里、门内板、装饰条、隔音板软质模压泡沫塑料座垫、靠背半硬质泡沫塑料仪表板填充剂、喇叭座垫、扶手、头枕、遮阳板、保险杠汽车零部件检测实验室硬质泡沫塑料顶篷衬里、门板内衬整体结皮泡沫塑料扶手、门柱、控制箱、转向盘、弹性RIM制品保险杠、挡泥板、发动机罩、门把手、行李箱盖刚性RIM制品散热器格栅、扰流板、挡泥板、门板、发动机罩、行李箱盖、地板热塑性弹性体减震垫块、弹簧线圈护套、齿轮传动装置罩、格栅、顶篷等2.2PP泡沫塑料PP材料在汽车中应用较广，约占塑料总量的30%。特别是PP泡沫塑料也在隔音装饰等领域有着突出贡献，本文不在此赘述。3.骨架材料目前汽车内饰选用的骨架材料主要是各种成型塑料件[9]。由于塑料内饰件往往具有触感好、舒适性强；无异味、阻燃性好；表面不反光、耐光色牢度好；耐温度变化不易变形等优点，所以带动整个汽车塑料产业得到更快的发展。以下举例不同塑料在汽车内饰上的应用及性能比较（参见表4）。表格4塑料在汽车内饰上的应用实例应用领域选用材料性能对比仪表板ABS、ABS\PC合金、PP、PPO、和SAMAH可实现结构简单，满足复杂形状和曲面要求，费用低、质量轻、车辆NVH指数小转向盘玻纤增强尼龙66在座椅靠背和倾斜杠杆装置方面，可节省1/3的费用车门装饰件ABS具有高抗冲强度，侧碰时能保护乘客安全车顶A柱和C柱PUR泡沫塑料变形可扩散均匀有利于碰撞时能量吸收随着整车性能的提高，塑料的应用范围也有着从内饰件逐渐向外饰、车身面板和结构件扩展的趋势，而且针对车身的不同部位，往往要求选用不用性能的塑料与之匹配。这对塑料的配方、生产工艺及材料成型均有较高的要求，因此本文简单对传统塑料到现今关注的各种新型复合材料的应用作以简单介绍。3.1通用塑料传统塑料材料主要是PVC、PP、ABS和PUR等通用塑料，在塑料材料应用之初，人们对内饰材料的研究还不是很充分，这些材料的选用确实对整车轻量化、生产成本降低起到重要作用，但是随着汽车研究的深入，特别是环保概念的提出，对材料性能的要求日益提高，通用塑料已逐步被各种改性材料及塑料合金所取代[8,9]。3.2改性塑料汽车零部件检测实验室、ABS和PUR等，现在汽车仪表板、内护板和座椅中的PVC已逐渐被其它塑料所取代；门内手柄、物品箱、门槛装饰条及其它零件也更多的使用改性PP（经济型乘用车使用较多）改性ABS、改性PPO等材料[1]。如仪表板，目前主要分为硬质仪表板和软质仪表板。硬质仪表板属于整体一次注射成型，为大尺寸、复杂形状的薄壁结构部件，由于主要用于中低档轿车和大部分经济型轿车，所以无缓冲及表皮材料，所用材料主要是改性聚苯醚（PPO）和增强增韧改性PP等；软质仪表板则选用改性PP及新型金属材料做骨架[6,7,9]。目前改性塑料应用最广的主要为改性PP、改性ABS和改性PVC等热塑性改性塑料。如STAMAX公司近年开发的高模量长纤维增强聚丙烯（LGF-PP），这种新型玻纤增强PP可取代现有材料，可用于仪表板、保险杠、防溅板、车门板等多个零部件的加工[8]。3.3塑料合金（新型复合材料）随着汽车轻量化和环保性能要求的提高，各大汽车厂商均将增强复合材料和高性能树脂材料作为开发重点，并对材料的可回收予以高度重视，汽车塑料化已成为汽车材料发展的趋势[3]。3.3.1新型环保材料化学自毁塑料某家塑料加工公司成功开发了一种化学自毁塑料，即在塑料制品上喷洒一种特质的溶液，使塑料与其发生化学反应，导致塑料逐渐溶解，转化成可被水冲洗的无害物质，不再污染环境。这种新型塑料可替代新车外壳使用的蜡质保护涂层[3]。将这种液体塑料均匀喷涂在车外壳，形成的塑料薄膜可预防水淋导致的渗漏，售后可用特殊化学试剂喷洒，数分钟后，塑料薄膜“自行脱落”，尽显汽车本色。生物塑料丰田公司已宣布将建造一家以甘蔗为原料生产生物塑料的试验工厂。与以石油产物为原料的塑料相比，这种生物塑料可被分解，显然更为环保，丰田计划将这种生物塑料主要用于内饰件开发上。此前，丰田公司已成功开发出在耐热耐用方面有较大提高的“丰田生态塑料”并拟定应用在该公司改进后的新款RAU、VI等车上。3.3.2高性能树脂材料（自增强树脂）树脂材料研究重点主要是不断提高材料的物理、力学性能。目前对树脂材料的研究已从昂贵的专用树脂转向低成本的普通树脂新品种。自增强树脂是其中研发的热点。如SR-Ps、SR-PP已在汽车中具有广泛的应用。这种树脂材料把热塑性塑料的多用途、可回收性和纤维增强复合材料的高性能相结合，具有轻量化、高刚度和高冲击性，适于在汽车中一系列骨架结构部件上应用[10]。3.3.3增强复合材料热塑性复合材料汽车零部件检测实验室／ABS混合物，可用于手套箱盖、杯架、门框架装饰、膝支撑、控制台箱柜门和车顶架等的加工。BayblendLGX3000为薄壁部件提供高的熔体流动性和高的耐热性能，与TPO相比，冲击性能、耐擦刮和擦伤性能更好。具有低的挥发物和良好耐候性，允许部件采用较少的色料，无需喷漆[1]。无机纳米复合材料纳米聚合物复合材料由有机聚合物基体与纳米无机分散相组成，其具有强度高、耐热、抗紫外线、阻燃、加工性好等诸多优异性能。纳米PA是最早的汽车纳米复合材料，主要应用对象为燃料系统和发动机罩下零件。随后又相继开发了以其他热塑性工程塑料（ETPs）、TPO和PP为基材的纳米复合材料。现今纳米聚酯、纳米聚酰亚胺、纳米聚甲醛等都在逐步得到应用。这种无机纳米复合材料在汽车内装、外装上均有应用。在内装上主要