抗菌防水阻燃复合功能汽车顶棚面料的开发

摘要：采用抗菌剂KD－2015、抗菌剂KD－9400、防水剂SFA、阻燃剂HHS对顶棚针织面料进行复合功能整理，分析抗菌剂种类、防水剂和阻燃剂用量、定形温度等工艺参数对产品性能的影响。结果表明：采用3%抗菌剂KD－2015、2%防水剂SFA、1∶6 配比阻燃剂HHS配制的复合功能整理液，进行阻燃抗菌防水同浴一步法整理，160 ℃定形 1 min，面料具有良好的抗菌、阻燃和防水性能，可以满足汽车顶棚面料的成形加工需求。

关键词：抗菌整理；阻燃整理；防水整理；汽车顶棚面料；复合功能

汽车内饰空间作为封闭的座舱环境，其内部的湿热条件为细菌的滋生提供了有利条件，严重影响着驾乘者的身心健康和安全。随着消费者对车内空气质量和环境安全的需求和关注度越来越高，人们对汽车内饰空间如何做到抗菌抗病毒愈发重视。因此，打造全方位多维度的健康内饰座舱空间，为消费者提供健康安全、绿色环保的高品质产品，成为了当下各大汽车主机厂进行内饰产品创新设计与开发的重要发展方向。

汽车内饰表皮材料产品中，顶棚面料应用面积较大。顶棚面料中以经编针织面料为主，其具有稳定性高、柔软不宜脱散、纬向延伸较大等特点，在中高端汽车顶饰中应用较多。本文通过对工艺和材料的优化设计，开发出了满足汽车内饰标准要求的抗菌防水阻燃复合功能汽车顶棚经编针织面料。

1、实验

1.1　材料与设备仪器

1.1.1　材料

汽车内饰用涤纶经编针织面料（自制）、抗菌剂KD－2015、抗菌剂KD－9400、防水剂SFA（鲁道夫）、阻燃剂HHS。

1.1.2　设备与仪器

Monforts（门富士）定形机、水平阻燃仪、静态延伸架、防水测试仪。

1.2　测试方法

1.2.1　抗菌性能

采用定量测试法衡量面料的抗菌性能，参照GB/T 20944.2 — 2007《纺织品抗菌性能的评价 第 2 部分：吸收法》进行测试。测试菌种分别为大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌。当抑菌值≥1 或抑菌率≥90%，样品具有抗菌效果。当抑菌值≥2 或抑菌率≥99%，样品具有良好的抗菌效果。

1.2.2　防水性能

采用GB/T 4745 — 2012《纺织品 防水性能的检测和评价 沾水法》对内饰顶棚面料的防水性能进行测试评价。顶棚面料一般要求其沾水等级≥4 级，具有很好的抗沾湿性能。

1.2.3　阻燃性能

采用GB/T 8410 — 2006《汽车内饰材料的燃烧特性》标准进行测试。测试前应在（23±2）℃和相对湿度45% ～ 55%的标准状态下对试样进行状态调节至少24 h。燃烧速度以所测 5 块样品的燃烧速度最大值为试验结果。评价指标要求：燃烧速度≤100 mm/min，表明样品满足燃烧速度要求。结果表示方法如下：（1）试样在火焰中15 s，熄灭火源后未燃烧或者燃烧但在第一标线（38 mm处）之前熄灭，结果均记为A－0（mm/min）；（2）从试验计时开始60 s内火焰自熄，且燃烧距离不大于50 mm，结果记为B；（3）从试验计时开始，火焰在第一标线和第二标线（292 mm处）之间熄灭，且不满足（2）中要求，则进行燃烧速度计算，结果标记为C－燃烧速度实测值（mm/min）；（4）从试验计时开始燃烧到第二标线处，结果标记为D－燃烧速度实测值（mm/min）；（5）试样在引燃15 s内已经燃烧并到达第一标线，则认为试样不能满足燃烧速度要求，结果记为E。

1.2.4　延伸性能

采用大众汽车标准PV3903进行静态延伸率的测试，试样大小为 5 cm×16 cm，在拉伸方向上做两条平行线标记，间距L₁为10 cm，然后进行试验。悬挂负荷50 N，静置30 min后测量两标记线间长度L₂。静态延伸率L（%）=（L₂－L₁）/L₁×100%。

1.2.5　手感评价

采用主观评价法对面料的手感软硬度进行评价。

1.2.6　工艺处方和流程

汽车内饰顶棚面料由于造型设计的需要，多存在弧度较大或拉伸弯曲较大的区域，这些区域对织物面料的延伸性要求很高，为了减少定形次数对面料延伸性能的影响，保证成品面料的延伸率满足后道顶棚总成形压制的工艺要求，选择使用阻燃抗菌防水一步法工艺进行复合功能整理。整理工艺流程如下：坯布预定形→染色→浸轧阻燃抗菌防水复合功能整理液→定形。

2、结果与讨论

2.1　抗菌整理剂的选择

分别对织物浸轧3%的KD－2015抗菌整理液和3%的KD－9400抗菌整理液，定形温度170 ℃，带液率70%，测试抗菌整理后面料的抗菌性能、静态延伸率、水平燃烧速度和手感，结果如表 1 所示。

由表 1 可以看出，未经抗菌整理面料的抑菌率分别是大肠杆菌5.5%、金黄色葡萄球菌12.6%、白色念珠菌10.4%，基本没有抑菌效果。经过KD－2015或KD－9400整理后的面料，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌 3 种菌种的抑菌率均在99%以上，具有良好的抑菌效果。两种不同抗菌剂整理后，面料的静态延伸率、水平燃烧速度和手感都发生了不同程度的下降。静态延伸率方面，KD－9400整理后面料经向延伸率由32%下降至24%，纬向由65%下降至56%，下降幅度较大；同时，KD－9400整理后的面料手感也较硬。阻燃性能方面，抗菌整理后面料的阻燃性能发生了不同程度的降低，KD－9400纬向水平燃烧速率达到C－75.68 mm/min。综合比较，选择KD－2015抗菌剂进行抗菌功能整理。

2.2　防水整理剂的用量

内饰顶棚面料在压制成形后，需要通过水切割的方式进行切边处理，处理过程中会有水溅出和残留，因此需要对面料进行防水整理，以确保面料表面不会出现水渍残留。为了确定防水剂的用量，选择分别以质量分数为1%、2%、3%的SFA防水剂和3%的KD－2015抗菌剂对面料进行抗菌防水整理。整理后的面料性能测试结果如表 2 所示。

由表 2 可知，随着防水剂用量的增加，面料的防水性能越来越好，当用量2%时，面料防水性能达到 4 ～ 5 级，可以满足使用要求；防水剂用量为3%时，防水性能达 5 级，但此时面料的静态延伸率损失较大，且经纬向水平燃烧性都变差，分别为C－87.52 mm/min和D－132.28 mm/min。防水整理后面料的手感都比未处理的偏硬。综合考虑防水、阻燃和静态延伸性能，选用防水剂SFA用量2%和3%的KD－2015抗菌剂对面料进行抗菌防水整理。

2.3　阻燃整理剂的用量

从上述实验结果中可以发现，对面料进行抗菌和防水整理后，面料的阻燃性能都发生了不同程度的降低。为了满足汽车内饰纺织面料阻燃性能的强制要求，需要对阻燃性能进行改进和提升。选用HHS阻燃剂，阻燃剂与水按照 1∶5、1∶6、1∶8 三种比例用量分别与3%的抗菌剂KD－2015、2%的防水剂SFA对面料进行同浴复合功能整理。分别对整理后面料的静态延伸率和水平燃烧性能进行测试，测试结果如表 3 所示。

由表 3 可以看出，当阻燃剂与水用量比例为 1∶6 时，面料经纬向都具有非常好的阻燃性能，水平燃烧速率均为A－0（mm/min）。3 种不同用量下，面料的静态延伸率差异不大。从成本经济性和性能方面综合考虑，阻燃剂与水的用量配比选用 1∶6。

2.4　复合功能整理对面料性能的影响

选择抗菌剂KD－2015用量3%，防水剂SFA用量2%，阻燃剂HHS用量 1∶6 配制复合功能整理液，对顶棚面料进行整理，定形温度170 ℃。对处理后的面料进行性能测试，结果如表 4 所示。

由表 4 中可以看出，对内饰面料进行抗菌防水阻燃复合功能整理后，面料具有良好的抑菌效果、防水性能和阻燃性能；此外，经过功能整理的面料手感略微偏硬。

2.5　定形温度对面料性能的影响

汽车内饰面料的原料多为涤纶，面料的手感、弹性及延伸性等对热定形温度的高低较为敏感；定形温度过高，面料的手感及延伸性损失较大。一般情况下定形温度在160 ～ 170 ℃之间。分别选择160和170 ℃两个定形温度，分析其对复合功能整理后面料延伸和手感的影响，结果如表 5 所示。

由表 5 可以看出，定形温度170 ℃时，面料的经纬向静态延伸率分别为27%和56%，面料手感偏硬；当定形温度为160 ℃时，面料的经纬向静态延伸率分别为30%和60%，手感略硬，比170 ℃定形后手感稍好，基本可以满足后道顶棚成形加工工艺的要求。综合考虑，面料进行抗菌防水阻燃复合功能整理时的定形温度宜选择160 ℃。

3、结论

（1）抗菌整理和防水整理对于汽车顶棚内饰用涤纶经编针织面料的阻燃性能、手感和静态延伸率都会产生影响，尤其对面料的阻燃性能影响较大。因此，设计开发汽车顶棚内饰面料过程中需要增加阻燃功能整理，以保证内饰面料满足国家阻燃强制标准要求。

（2）采用阻燃抗菌防水同浴一步法进行整理，优化的整理工艺为：浸轧复合功能整理液（3%抗菌剂KD－2015，2%防水剂SFA，1∶6 配比阻燃剂HHS）→定形（160 ℃，1 min）。

参考文献

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[4] 吕慧．汽车针织内饰面料的性能要求级其应用[J]．产业用纺织品，2009（2）：28－31．

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