汽车内饰用PVC消音革的开发与应用研究马兆强1，张彦庆2*，沈真轼2，路振海2，李建臣2（1.一汽-大众汽车有限公司青岛分公司，山东 青岛 266000；2.森欧汽车内饰材料（江苏）有限公司，江苏 扬州 225000）摘要：文章对不同有机硅消音剂进行了筛选，优化了其在汽车内饰PVC人造革表面涂层中的最佳添加量，探讨并验证了有机硅消音助剂在不同加工方式下对PVC人造革性能的影响，建立了一套生产高耐磨、耐老化、具有消音性能的PVC人造革的优化加工方式。
同时对汽车主机厂装配应用的后整理工艺进行了充分验证，摸索出一套高效率、质量可靠的后整理工艺。
关键词：PVC人造革；有机硅消音剂；加工方式Development and Application research of PVC Artificial Leather for Automotive Interiors MA Zhaoqiang1, ZHANG Yanqing2*, SHEN Zhenshi2, LU Zhenhai2, LI Jianchen2(1. FAW-VW Automotive Co. Ltd Qingdao Branch, Qingdao 266000, China; 2. SAGE-ONF Automotive Interior Materials (Jiangsu) Co.,Ltd., Yangzhou 225000, China)Abstract: The study screened different silicone anti-squeak agents for PVC artificial leather applied in automotive interior. The dosage level of the anti-squeak agents was optimized to balance the anti-squeak performance and the aging performance. based on the study results of formulation, manufacture and application process, an optimization of silicone anti-squeak agents in PVC artificial leather with excellent anti-squeak, anti-scratch and aging performance, has been founded and applied in automotive interior successfully.Keywords: PVC artificial leather; silicone anti-squeak agent; manufacture process--------------------------------------第一作者简介：马兆强（1985. 01－），男，汉族，山东枣庄人，硕士研究生，车辆工程专业，主要从事汽车座椅质量管理，mazhaoqiang968@163.com。
*通信联系人：张彦庆（1986.09－），男，汉族，河南濮阳人，硕士研究生，工程师，主要研究方向为PVC/PU人造革的开发设计及应用，yanqing.zhang@sage-onf.com。
--------------------------------------0 引言随着汽车电动化、智能化、共享化的进一步深入，汽车除了作为一种高效的交通工具之外，也为用户提供了一个相对私密、安静、娱乐的空间。
因此，客户对汽车座舱在舒适、安静、空间多变等方面的要求日益提高。
近年来，手感细腻、可防止摩擦异响（Squeak）、耐老化性能优异的消音聚氯乙烯(PVC)人造革被越来越多的设计师和终端用户所青睐[1-4]。
作者发现针对消音PVC人造革的研究多集中在异响原理研究及整车设计改善方向，针对PVC消音人造革里起主导作用的消音剂的添加方式及对消音PVC人造革性能及应用的影响未做过系统性研究。
本文正是基于此背景条件下而开展的研究。
汽车座椅内饰摩擦异响主要是由相邻零件接触摩擦产生粘滑效应（Stick-Slip）引起[5]，实际应用体现为PVC人造革皮面之间因不平整，详见图1，发生的相对滑动时产生过高的粘滑效应导致，详见图2。
图1 PVC人造革表面放大效果图图2 PVC人造革表面相对滑动示意图通常解决的异响方式为在PVC表面做消音处理改性，降低PVC表面之间的粘滑效应，达到消音目的。
粘滑效应的风险值（RPN）可以通过VDA230-206标准及配套的粘滑测试仪测试得出，数值越小表示风险越低，越不容易产生摩擦异响。
消音剂市面上常见的包含石蜡、有机硅类等，有机硅类消音剂是研究价值最高的一种。
其兼具有机高分子材料的成膜性、透明性、柔软性及无机材料的不燃性、耐擦性、高硬度等特性[6]。
目前有机硅消音剂的改性研究已成热点，且取得了很多成果，并有广泛应用[7]。
作者经过大量的配方开发与应用实践，对不同供应商（不同结构）的有机硅消音剂进行了筛选，优化了有机硅消音剂的最佳添加量，同时对生产与应用工艺进行了优化与验证，成功建立了一套生产高耐磨、耐老化要求的消音PVC人造革的最佳加工方式及后整理工艺，为有机硅消音剂在消音PVC人造革的生产制造及深入研究奠定了基础。
1. 实验材料与方法1.1 实验材料文章重点研究表面涂层中消音助剂对PVC人造革消音、耐磨及老化性能的影响。
所用PVC基材的底布为35/65棉涤混纺基布，人造革基材所用的原料及具体配方如表1所示。
文中所用水性涂料及主要助剂均由斯塔尔提供，在研究不同消音助剂对材料性能的影响时，除消音助剂由不同供应商提供外，水性涂料及其它助剂均由斯塔尔提供且其配比保持一致。
1.2 实验设备文中所用主要设备及供应商如下:粘滑测试仪SSP-04，ZIEGLER-Instruments GmbH；恒温恒湿试验箱SETH-Z-022R，爱斯佩克环境仪器（上海）有限公司；马丁代尔耐磨仪YG401D-III，温州方圆仪器有限公司；精密烘箱PH-100，上海苏盈试验仪器有限公司；数显型顶置式机械搅拌器IKA RW 20，德国艾卡；电热蒸汽发生器DZFZ9，上海佳田制造有限公司。
1.3 实验方法（1）消音性能测试：材料消音性能测试在德国Ziegler Instruments GmbH 的SSP-04消音测试仪上，按照VDA230-206标准进行测试。
分别裁取20x25 mm及27X50 mm各两块。
在室温条件下（25±5℃）存放8小时后，开始测试在10N及40N压力下，移动速度分别为1 mm/min 及4 mm/min时的粘滑系数。
然后系统会根据粘滑系数测试结果计算出产生异响的风险因子RPN值。
RPN值的测试和计算结果记录次序为10 NX1mm/min；10 NX4 mm/min；40 NX1mm/min；40 NX4 mm/min。
RPN值越小，说明材料与其它表面接触产生摩擦异响的风险越小[8]。
（2）老化性能测试：PVC人造革老化性能测试在爱斯佩克环境仪器（上海）有限公司SETH-Z-022R恒温恒湿试验箱中按照环境老化标准进行，将PVC人造革样品（样品具体尺寸可根据后续实验要求决定）按要求悬挂于SETH-Z-022R恒温恒湿箱中，在温度为90±5℃，湿度为95~100% R.H.的条件下老化336h。
测试后样品外观无白化、起霜、析出等异常则可进行后续其它实验，否则判定为材料老化失效。
（3）马丁代尔耐磨色牢度测试：马丁代尔耐磨色牢度测试按照VDA230-211（方法A）的测试标准进行。
取直径160mm圆形样品固定于设备圆形底座上，并将将磨布（规格为STFI MD100）固定于耐磨头上，在压力负载12KPa条件下磨耗样品19 000次后，用50倍显微镜目测观察外观磨耗状态。
材料无可观察到的破损为合格，否则为不合格并描述破损状态。
（4）耐高温蒸汽性能：材料耐高温蒸汽性能用电热蒸汽发生器DZFZ9及蒸汽熨斗进行测试，将样品平铺于实验台或熨衣板上，调节好蒸汽发生器的蒸汽压力（0.2~0.5MPa)，用高温蒸汽对样品熨烫10-15秒后，用干净棉布快速速擦干样品表面残留水渍后，观察样品外观状态并与未熨烫部分对比。
如熨烫部分与未熨烫部分无明显色差或其它外观差异，则样品合格。
如有明显色差或发白现象，则记录为不合格并描述失效状态。
2 实验结果与讨论2.1 不同消音助剂对性能的影响为研究不同消音助剂对材料消音性能、耐磨及耐高温性能的影响，我们用相同的基础配方，对市面上常见的有机硅消音助剂进行了平行对比测试，实验结果见表2。
从表2结果可以看出，四种消音助剂均能为新制成的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别较大。
其中，使用了斯塔尔消音助剂和竞品B的PVC人造革在老化和耐磨测试后后仍然具有较好的消音性能。
说明这两种消音材料与涂层树脂的分散性及兼容性较好，成型加工过程使消音助剂与涂层树脂间通过化学键或氢键形成了较为稳定的膜结构，这种稳定均匀的膜结构使PVC人造革在老化及耐磨性能性能测试后仍然能够保持较好的消音性能。
使用了竞品C和竞品D的PVC人造革在老化和耐磨测试后的消音性能几乎消失，说明这两种助剂与涂层树脂的分散性及兼容性较差且相互作用力较弱，在老化或耐磨测试过程中，消音助剂发生了迁移或团聚，从而使表面膜结构的消音性能消失，详见图3。
使用了竞品D的PVC人造革在耐高温蒸汽性能测试后可观察到白点和白色线条，这进一步证实了该消音助剂在高温时可能发生迁移或团聚。
这种迁移除了产生白色斑点或线条外，严重时甚至会影响涂层材料的层间交联性能，使PVC人造革在老化或外力摩擦的情况下产生表面蜕皮的现象。
图3 消音助剂迁移团聚图（放大倍率1000X）2.2 消音助剂添加量对性能的影响为考察涂层材料中消音助剂添加量对PVC人造革消音、老化、耐磨及耐高温蒸汽性能的影响，我们使用同一批次的PVC基材，固定涂层配方中其它原料的配比，并分别添加2 pphp，4 pphp，8 pphp，12 pphp及16 pphp的斯塔尔消音助剂。
当消音助剂添加量小于等于12份时，PVC人造革的消音性能随着助剂添加量的增加而提升，其中新制成PVC人造革和老化测试后的样品在助剂添加量为8份时即达到最佳值，耐磨测试后的样品在助剂添加量为12份时达到最佳值。
当添加量大于12份时，老化和耐磨测试后样品的消音性能随着助剂添加量的增加反而有所下降。
这可能是由于添加太多的助剂对涂层树脂所成膜的结构和性能产生了不利影响。
该结论在马丁代尔耐磨测试和耐高温蒸汽测试后样品的外观中得到进一步验证。
当助剂添加量达到16份时，马丁代尔耐磨测试后的PVC人造革样品出现了轻微破损，这说明过多的助剂添加量对涂层膜结构的耐磨性能带来了不利影响。
助剂添加量为16份的PVC人造革样品经高温蒸汽熨烫后出现了轻微的白点，这说明过高的助剂添加量可能造成助剂在涂层树脂中团聚或者从涂层树脂中游离出来，从而影响了涂层膜结构本身的性能并产生表面瑕疵。
2.3 分散工艺对PVC人造革性能的影响消音助剂在涂层树脂中的分散性除了受本身的结构及添加量的影响外[9]，适当的分散工艺，如分散设备的设计，搅拌速率与搅拌时间对消音助剂在涂层树脂中的分散也起着至关重要的作用。
作者使用德国艾卡（IKA RW20）数显型顶置式机械搅拌器研究了搅拌速率及搅拌时间对涂层树脂及PVC人造革性能的影响。
当搅拌速度不大于800 r/min时，很难通过涂料乳液外观判断消音助剂是否分散均匀。
此时搅拌时间对消音助剂的分散及PVC人造革的耐高温蒸汽性能有明显的影响。
当搅拌时间为5分钟时，经高温蒸汽熨烫的样品表面出现明显的白色斑点。
这些白色斑点是由于消音助剂未能在涂层树脂中很好地分散或在涂层膜中重新团聚产生的。
当搅拌时间达到10分钟时，高温蒸汽熨烫后的样品表面未观察到明显异常。
说明增加搅拌时间有助于消音助剂在涂层树脂中更好地分散，从而帮助消音助剂与涂层树脂较好地相互作用形成更加稳定、均匀的涂层膜结构。
当搅拌速度达到1200 r/min时，涂料乳液中有大量气泡出现。
涂层乳液中的气泡严重影响了涂料的加工性能，这些气泡在涂料施工过程中容易破裂导致PVC人造革样品表面出现亮点或疵点。
这些疵点的产生严重地影响了PVC人造革表面的消音性能。
2.4 熨烫工艺对后整理及外观影响在使用PVC人造革制成汽车零部件过程中，由于裁剪、缝纫、包装运输及零部件成型与包覆过程中，容易产生褶皱、压痕等外观缺陷。
为考察材料的耐高温蒸汽性能并优化高温熨烫后整理工艺，作者研究了后整理蒸汽压力对后整理时长及材料外观的影响。
随着高温蒸汽熨烫时蒸汽压力的升高，消除零部件表面褶皱及折痕所需的时间明显减少，后整理效率明显提高。
当蒸汽压力达到0.4MPa时，虽然材料表面的褶皱和折痕能迅速消失，但部分材料表面开始出现少量白点，这些白点在后整理完成3-5分钟内迅速消失，继续增加蒸汽压力使材料表面的白点更加明显且难于消失。
在使用高温蒸汽熨斗时，熨斗出口处的蒸汽温度随蒸汽发生器中蒸汽压力的升高而升高。
材料表面的白点可归因于过高的蒸汽温度增强了材料表面膜结构中消音助剂的迁移，或破坏了表面膜结构中的层间交联而引起的。
为提高零部件成型后的后整理效率并保证材料的外观不受影响，研究结果建议后整理时蒸汽发生器中的蒸汽压力不超过0.4 MPa为宜。
3 结语文章对不同消音助剂，消音助剂添加量及助剂分散工艺对PVC人造革的消音、老化、耐磨等性能做了系统研究，对使用材料过程中的后整理工艺进行了研究与优化，结果表明，斯塔尔消音助剂和竞品B与涂层材料有较好的分散性和相容性，添加斯塔尔消音助剂和竞品B的PVC人造革具有较好的消音、老化与耐磨性能。
涂层配方中消音助剂的最佳添加量为8-12份。
在消音助剂的分散过程中，搅拌速度不要超过800 r/min，搅拌时长不少于10min 为最佳分散条件。
在使用消音PVC人造革包覆的零部件后整理过程中，高温蒸汽发生器内蒸汽的压力不宜超过0.4 MPa。
参考文献：[1] 张亮，廖兰，何家志，等.PVC人造革异味