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CN95健康座舱体系汽车内饰纺织品的设计

2021-05-31吴双全
 CN95健康座舱体系下汽车内饰纺织品的设

旷达科技集团股份有限公司、旷达纤维科技有限公司 吴双全

摘要:介绍了CN95健康座舱概念和认证体系,提出了健康座舱内饰纺织品的设计开发思路绕清新空气、防霉抗茵和健康选材等三个维度,重点阐述了低气味低VOCs、负离防易去污、抗抗病毒以及Oeko-Texl00生态环保面料、Recycle PET再生及草木染纺织品的设计开发。

2020年,突如其来的新冠疫情,改变了人们的生活,身心健康与生命安全成为的新热点。汽车,已经超越了交通工具层面,成为集休闲、娱乐、时尚、科技于一体,舒适安全、健康环保的高品质内饰生活空间已经成为人们新的消费需求。

内饰纺织品作为汽车内饰设计开发中重要的表皮材料,一方面它覆盖于内饰零部件表面,通过纺织品本身的色彩纹理、组织结构等,为消费者呈现符合大众审美以及个性化需求的空间,同时通过材料、工艺及技术的创新,可以赋予内饰纺织品更高的附加价值,实现内饰空间的绿色环保与健康全。

本文将阐述CN95健康座舱体系的基本概念及认证框架,重点介绍CN95健康座舱体系下汽车内饰纺织的技术创新和未来发展方向。

1 CN95健康座舱概念

汽车座舱的健康安全问题一直都是消费者关注的焦点,尤其是新冠肺炎疫情发生以来,健康安全防护功能类产品越来越受青睐。打造多重保护的全方位健康座舱成为一段时间以来各大品牌主机厂产品研发的重要方向,纷纷就如何打造健康座舱发布相应的产品研发策略及规划。吉利汽车在20202月4日在行业内率先启动具备病毒防范功能的“全方位健康汽车”项目。2月21日,吉利汽车率先量产的行业首个车规级CN95高效复合空调滤芯,获得了中汽研华诚认证中心颁发的“CATARC CN95”认证标志,成为国内首家(O01号认证)获得该认证的车载空调滤芯产品。3月30日,吉利汽车产品内饰材料通过广东省微生物分析检测中心权威检测,车内高接触率部件抗菌材料可以满足国标抗菌率>99% 的I级要求,甚至达到抗菌率99.9%近乎无菌的状态,实现无毒无菌化的自洁净健康座舱。

2020年2月以来,中汽研华诚认证(天津)有限公司和重庆凯瑞质量检测认证中心有限责任公司相继推出并开展了“CN95健康座舱”、“智慧健康座舱”汽车自愿性产品认证服务工作。20203月27日,为促进汽车行业在健康化、智能化领域的规范化和高质量发展,针对车内健康安全和智慧互联功能,华诚认证和凯瑞认证共同推出了“CN95智慧健康座舱”认证。

该认证项目包括零部件认证和整车认证。整车认证部分包括“CN95健康座舱”和“CN95智慧座”两个认证方向。

根据最新发布的CN95健康座舱认证框架内容,健康座舱中包含清新空气、抗菌防霉、健康选电磁洁净、低噪隔音五个认证维度,综合考量了车内外污染物的全方面防护性能。清新空气座舱考评的车内空气质量综合性能;抗菌防霉座舱考评的是车内防菌性能;健康选材座舱考评的是汽车用车和制造工艺是否无害;电磁洁净座舱考评的是车内的电磁辐射防护设计;低噪隔音座舱考评的是车内声音环境是否对驾驶和健康造成影响。

2  健康座舱内饰纺织品的设计开发

按照CN95健康座舱体系下的五个认证维度要求,结合汽车内饰空间的实际应用条件及内饰纺织品自身的特点,健康座舱内饰纺织品设计开发重点围绕清新空气、抗菌防霉、健康选材3个方面着手。

2.1清新空气类产品

2 .1.1低气味低VOCs面料

汽车内饰面料的气味和有机物挥发主要来自于两个方面,即材料本身和其加工技术与工艺。材料方面,主要有纤维纺丝油剂、染料助剂、聚氨酯海绵以及针织底布或者无纺布等:加工技术与工艺方面,主要有染色、水洗、烘焙以及复合加工等工艺。降低汽车内饰面料的气味性和有机物散发的技术手段也基本是从以上两个方面入手的。

汽车内饰面料的复合工艺多采用火焰复合技术,即火焰高温使得海绵表面融化成粘膜,从而实现面料与海绵的贴合。然而海绵燃烧过程中所释放的气味及海绵多孔的结构特点,使得复合面料的气味性呈现恶化趋势。因此,寻找新型的复合技术取代传统的火焰复合工艺成为降低复合面料气味性的一个重要途径,采用更环保的热熔性胶粘剂材料如PUR或COPET等,通过加热熔融及滚筒涂覆,实现内饰面料与海绵的双层或者三层复合,这种新的技术将成为内饰表皮材料行业发展的趋势。

采用3D mesh面料或者无纺毡作为聚氨酯海绵的替代物,与内饰单层面料进行复合,可以减少因使用聚氨酯海绵材料所带来的气味性,这也是目前提升整车空气质量的创新途径,目前宝马汽车和奥迪汽车在座椅及门板等区域使用了此类产品。此外,对内饰面料进行干洗、缸洗或者精炼处理,充分去除织物中残留的纺丝油剂、染化助剂,以及通过高温烘焙,抽排风等措施,有助于降低内饰纺织品的气味和清新车内空气。

2.1.2负离子功能面料

空气中“水合羟基离子”( H302)即负氧离子(通常称负离子),被誉为“空气中的维生素”。有关研究表明,负氧离子对人体健康和环境改善有着积极的影响。表l所示为不同地区负氧离子含量情况。 


               表l 不同地区负氧离子含量与健康关系

地区含

负离子含量(个/cm3

对人体健康关系程度

森林瀑布区

1050万

具有自然痊愈力

高山海边

5~10万

杀菌作用,减少疾病传染

郊外田野

35万

增强人体免疫力及抗菌力

都市公园

l~2千

维持健康基本需要

街道绿化区

100200

诱发生理障碍边缘

都市住宅封闭区

4050

诱发生理障碍,加剧病情

室内冷暖空调房间(长时间后)

125

引发”空调病”症状

汽车内饰座舱作为一个相对封闭的内部空间,空气质量对于人体健康尤为重要,越来越受到消费者关注。目前高端汽车通过配置负氧离子发生器,用于提供高负氧离子浓度的内饰环境。汽车内饰纺织品作为车内应用面积较大的表皮材料,开发和应用具有负离子功能的内饰面料来改善车内空气质量, 对于封闭的汽车内部空间来说尤为有益,且成本相对经济可控。

开发负离子功能面料一般通过两种途径实现,一种是常规的负离子功能整理法,另外一种则是通过开发负离子功能纤维后,进行面料织造。这两种方法中,负离子功能整理法应用较多,工艺相对简单,已在家纺、服装等领域广泛应用,经济适用性较高。内饰面料负离子功能整理工艺流程如下:织浸轧整理液(带液率60%-70%)烘干(100℃)高温定形(170℃,l min)面料成品。

负离子功能纤维材料的开发技术难度相对较大,尤其是对于聚酯纤维来说,负离子功能粉末粒径及其分散性能对于熔融纺丝过程中的工艺可纺性和成纤质量产生重要影响;另外功能粉末在纤维中的分布状态也直接影响着负离子发生性能。负离子功能纤维一般分两步进行制备,首先将涤纶基料负离子粉体按照一定的质量(5:1或者6:1)混合后挤出造粒制备出负离子功能母粒,第二步再将负离子功能母粒按照一定比例(5%-10%)的添加量与涤纶切片熔融纺丝。

2.1.3香氛功能面料

汽车内饰的感知质量是多维度的,其中嗅觉感官质量也是汽车消费中备受关注的热点。目前中高端汽车中多配置香氛系统,为消费者提供多样化、差异化的嗅觉体验。此外,从材料本身出发,根据顾客消费需求,进行内饰表皮材料气味的正向开发也是提升嗅觉感官体验的路径之一,长城汽车在行业内率先应用了香氛功能涂层面料。

利用微胶囊技术对内饰面料进行芳香功能整理,通常采用浸渍、印花或者涂层工艺,可以开发出满足消费者需求的目标设计气味,如草药香、果香、木香、花香等。香味的类型及浓烈程度选定需要进行充分的顾客需求调查与研究。可以采用生物酶法增加涤纶纤维表面的反应性,在温和条件下进行基于微胶囊芳香整理剂接枝的涤纶织物芳香整理,具有节能降耗和留香持久的特点,且对织物的手感和强力影响较小。

2.2 抗菌防霉类产品

2.2.1 防霉功能面料

汽车内饰环境中湿热条件下,内饰材料的防霉性能也是消费者的关注点之一。内饰纺织品的防霉性能也直接影响着驾乘者的身心健康。目前国内纺织品防霉性能的评价方法中,GB/T 24346-2009《纺织品防霉性能的评价》标准应用较多,试验菌种主要包含黑曲霉、球毛壳霉、绳状青霉和绿色木霉等。防霉功能面料的制备主要是通过对织物面料进行防霉功能整理来实现的,整理工艺可以是浸轧、涂层和印刷等。一般采用两浸两轧(带液率70%)预烘(120℃)高温定形(170~180℃,60 s)成品,防霉助剂用量在3%4% (o.w. f),具体用量根据面料实际去定,亦可以添加柔软剂改善面料手感。

2.2.2 三防易去污功能面料

内饰织物面料不耐脏污是消费者抱怨较多且亟待解决的问题,研究者们从纤维材料开发、功能整理、表面修饰等多方面进行了研究分析。解决不耐脏污的途径主要是从防污和易去污两个方面进行, 防污顾名思义是防止被污染;易去污是指被污染后污渍容易去除。

在防污方面,目前实现面料卓越的疏水、疏油和防污性能,主要是通过对织物表面进行低表面能修饰,建立微尺寸的物理结构,形成界面保护层来实现的。常用的工艺路线是采用三防整理剂对面料进行浸渍焙烘整理,在进行三防整理前需要对面料进行预处理以保证面料洁净。此外,通过在纺丝过程中添加拒水拒油母粒制备功能纤维或者对面料进行等离子表面修饰方式来实现面料的疏水疏油功能。

易去污方面,主要是通过改变纤维的表面状态来提高表面抗污性,或使沉积纤维上的的污物疏松, 洗涤时使得污物易于被去除。易去污功能要求污染物能与洗涤剂之间能有良好的接触亲合力,即要求纺织品具有一定的亲水性,这与三防功能的拒水性相矛盾。

为解决在空气中防水防油性与水中易去污性能两者之间的矛盾,可以将含有全氟烷基拒水部分和亲水性部分这两种性质截然不同的结构成分在同一整理剂中实现,使得整理后的织物在空气中和水中表现出不同的界面特征,从而实现其三防易去污功能。

2.2.3 抗菌抗病毒面料

抗菌抗病毒功能面料的开发,目前产品开发的焦点主要聚集在功能整理和功能纤维材料两方面, 它们的共同之处都是将具有抗菌抗病毒功能的材料附着于纤维或者纤维表面,只是负载的方式和工艺不同。筛选有效的功能材料是实现汽车内饰面料抗菌抗病毒功能的前提和关键。在功能材料的筛选上, 应从纳米金属(Ag或Cu)材料和负载金属或其氧化物(如Ag、Zn0)的Ti02光催化类功能类材料着手。

一般的工艺路线可分为两类:(1)利用纳米杂化技术,将功能材料粉末或颗粒在纺丝中添加,制备抗菌抗病毒功能纤维;涤纶纤维的纺丝温度较高(280-290℃),纺丝过程中重点关注纤维的可纺性和力学性能可性。(2)通过后整理技术(如浸轧、涂层等)对普通内饰面料进行功能整理,将功能材料附于织物上,从而实现其抗菌抗病毒功能。

后整理法对于面料的颜色、手感等会有些影响,需要根据实际需求进行调整,抗菌抗病毒功能的耐久性问题也需要考虑。采用功能纤维法制备的面料其抗菌抗病毒功能耐久性较好,可以用于座椅、 门板等耐磨、耐老化性能要求较高的区域,对耐磨要求不高的顶棚面料可以采用后整理法。

抗菌抗病毒功能面料的开发过程中,需要评估抗菌抗病毒功能的附加对现有汽车内饰面料的主要性能(如色彩纹理、阻燃性能、有毒有害物质含量、气味及有机物挥发等)的影响。

2.3 健康选材类产品

2.3.1 OEKO-TEX 100生态环保面料

在当下全民关注健康和安全的大背景下,越来越多的汽车主机厂将权威认证的生态内饰纺织品作为内饰产品设计开发中的亮点去打造,更高品质、更健康、更安全的生态内饰面料成为了迫切需求。 OEKO-TEX Standard 100是1992年OEKO-TEX国际环保纺织协会制定的,主要是检测纺织品中的有害物质以确定它们的安全性。OEKO-TEX Standard 100认证,在民用纺织品如服装、家纺、婴幼儿用品、装饰材料等产品领域应用较多,具有很高的知名度和权威性。

吉利汽车在2019年发布的新能源汽车座椅就采用了OEKO-TEX Standard 100认证中最高级别的Skin-care婴儿级环保织物面料。同时该织物还具有防水、防污、透气等多重功能。Oeko-Tex Standard 100环保生态内饰面料的开发过程中,需要重点做好纱线、染化料、助剂油剂、海绵、胶水等材料的优化筛选工作。

2.3.2 Recycle PET再生面料

近年来,汽车产品的回收利用问题愈来愈被各大汽车品牌所重视。奥迪汽车最新发布的A3车型中使用了再生涤纶面料,其内饰89%的织物是由PET瓶组成,并且实现了与传统材料相同的外观和质感, 每个座椅中使用45个1.5升PET瓶,而地毯则使用62个PET瓶。再生涤纶面料(RPET)是一种新型的环保再生面料,其纱线是从废弃的矿泉水瓶子和可乐瓶中提取制成的,又俗称为可乐瓶环保布(RPET fabric)。再生纱线可以减少石油的使用量,每吨成品纱线可以节约6吨石油,为减少空气污染,控制温室效应做出了一定的贡献。

利用再生涤纶切片作为原料,在熔融纺丝过程中添加色母粒对再生纤维进行上色,它实现了再生纤维制品纺丝和染色两道工序的一步法生产,工艺流程短、能耗低,减少了染色带来的污染,颜色稳定性好等优点。采用有色再生涤纶纤维为原料进行织造开发有色再生涤纶面料也是目前汽车厂内饰表皮材料开发的一个重要方向。此外,还可以将纳米杂化技术与原液着色技术相结合开发出具有更多附加功能的环保内饰面料。

2.3.3草木染色面料

汽车内饰面料的上色技术除了应用原液着色技术之外,还有相当大一部分面料是通过纱线染色后织造和面料织造后染色技术来进行的。汽车内饰面料使用环境的特殊性决定了其对于内饰纺织品染色的牢度(摩擦色牢度和日晒牢度)有着较高的要求。汽车内饰面料目前主要采用合成的化学染料进行染色。

随着人们对染色产品品质及安全性能的关注,绿色环保的草木染色技术已经在纺织服装、家纺、 装饰用品等领域中应用推广,并收到消费者青睐。草木染色是指利用大自然中自然生长的各种含有色素的植物提取色素来对被染物进行染色的一种方法,染色过程中不使用或极少使用化学助剂。天然染色的特点在于自然资源的永续利用,同时可以避免化学染料的严重污染问题。草木染色技术更适宜于天然纤维材料的染色,对于涤纶类合成纤维产品的染色,技术难度还是比较大的。到目前为止,还没有成熟的产品在汽车内饰中应用,汽车内饰面料植物染色技术尚处于前瞻研究和技术攻关阶段。

3结束语

随着生活水平的提升和不断的消费升级,人们对于汽车内饰产品品质的要求会越来越高,健康和安全问题将会是汽车消费者持续关注的热点。通过新型功能材料和整理技术的研发应用,赋予汽车内饰纺织品更高的附加价值,是打造绿色环保、健康安全的高品质健康座舱的重要组成部分,将成为汽车内饰纺织品行业发展的新趋势。

 

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