無溶劑汽車超纖革阻燃性能的工藝探究

王霏霏，馮國飛，王曉磊

（山東同大海島新材料股份有限公司，山東昌邑261300）

隨著技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提高，汽車成為人們?nèi)粘３鲂械墓ぞ撸噧?nèi)飾所用的材料需求也日益增多。由于超纖革有高仿真的結(jié)構(gòu)，是替代真皮的最佳原料，超細(xì)纖維合成革也在汽車革中廣泛應(yīng)用。汽車革對產(chǎn)品性能有較高的要求，在生產(chǎn)加工技術(shù)方面不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，無溶劑技術(shù)成功開發(fā)對超纖汽車革發(fā)展起到推動作用。

無溶劑的基本原理是采用預(yù)聚體混合涂布后在線快速反應(yīng)成型。A料中的異氰酸酯與B料的多元醇按設(shè)定比例混合，涂布到離型紙后調(diào)整貼合狀態(tài)與基布混合，后進(jìn)入烘箱，低分子預(yù)聚體逐步反應(yīng)形成高分子聚合物并成型，最后與離型紙剝離，得到帶有花紋的超纖革[1]。

無溶劑汽車超纖革性能較常規(guī)貼面汽車革在耐磨性能、氣味等指標(biāo)方面有很大的提高。阻燃性能是汽車革產(chǎn)品的必備指標(biāo)，無溶劑技術(shù)獲得阻燃性能，主要是通過添加阻燃劑獲得，在添加過程中需多方面因素綜合考慮，本文主要從阻燃劑種類選擇方法，添加量、阻燃效果以及無溶劑反應(yīng)熟化情況等多方面進(jìn)行分析，確定最佳阻燃劑和添加量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器

1.1.1 實(shí)驗(yàn)原料

超細(xì)纖維合成革基布TD311S（工業(yè)品，山東同大海島新材料股份有限公司）；聚碳H-310水性面料(工業(yè)品，臺州宏得利樹脂有限公司)；無溶劑A料4002A、無溶劑B料4002B、無溶劑助劑4002C（工業(yè)品，上海匯得科技股份有限公司）；阻燃劑WSA-8102（工業(yè)品，嘉興市萬斯安化工有限公司）。

1.1.2 試驗(yàn)儀器

電子天平（FA2004，上海舜宇恒平有限公司）；自動黏度測定儀（NCY-2，上海思爾達(dá)有限公司）；GT-AI-3000U60系統(tǒng)拉力機(jī)（上海高鐵檢測儀器有限公司）；汽車內(nèi)飾物燃燒試驗(yàn)機(jī)（GT-7057-C，上海高鐵檢測儀器有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

汽車革阻燃功能主要是通過添加阻燃劑獲得，無溶劑技術(shù)阻燃性采用相同的方法，但添加阻燃劑對反應(yīng)速度、熟化時(shí)間以及漿料的黏度均有影響。因此分別選擇添加A料的10%、20%、30%、40%和50%五種比例進(jìn)行對比，分析各種因素對產(chǎn)品的影響效果。

工藝：

（1）將A料和B料在烘箱中放置，調(diào)整AB料料溫在40±1℃，將4002C按照比例添加到A料中攪拌均勻，測量A料的黏度。

（2）分別將A料重量10%、20%、30%、40%和50%的阻燃劑添加到A料中，攪拌均勻測量A料的黏度，以及分析漿料黏度大機(jī)生產(chǎn)的可行性。

（3）按照比例將B料添加到A料中，使用高速攪拌器轉(zhuǎn)速1600 r/min，攪拌30 s對比反應(yīng)時(shí)間，并進(jìn)行貼合基布對比產(chǎn)品熟化時(shí)間。

（4）進(jìn)行成品阻燃性以及剝離、斷裂、撕裂強(qiáng)度和伸長率等物性指標(biāo)的測試，確定最佳工藝。

1.3 性能測試

1.3.1 阻燃性測試

使用GT-7057-C汽車內(nèi)飾物燃燒試驗(yàn)機(jī)（上海高鐵檢測儀器有限公司），按照標(biāo)準(zhǔn)GT/8410-2006（汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性）測試樣品的阻燃性能。標(biāo)準(zhǔn)測試樣大小為365mm×100mm，至少取樣5塊，取平均值[2]。

1.3.2 黏度指標(biāo)測試

使用NCY-2自動黏度測定儀（上海思爾達(dá)有限公司）測試漿料的黏度。測試方法：被測漿料置于直徑不少于70mm的燒杯或直筒形容器中，調(diào)節(jié)漿料溫度25℃（一般恒溫室中放置4 h），然后將選好的轉(zhuǎn)子旋入螺旋桿，調(diào)整高度使轉(zhuǎn)子浸入漿料中，直至轉(zhuǎn)子液面標(biāo)志與漿料面平行為止，調(diào)整儀器水平，開始測試直至讀數(shù)穩(wěn)定。當(dāng)指針數(shù)值過高或者過低時(shí)，需更換轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)速，使讀數(shù)在刻度30～70之間最佳。

1.3.3 力學(xué)性能測試

使用GT-AI-3000U60系統(tǒng)拉力機(jī)（上海高鐵檢測儀器有限公司），按照QB/T3812.5—1999（皮革抗張強(qiáng)度和伸長率強(qiáng)度的測定）測試樣品的力學(xué)性能。

其中，撕裂強(qiáng)度的測試試樣大小為100mm×25mm，剪開長度為70mm；拉伸負(fù)荷及斷裂伸長率測試試樣大小為10mm×100mm，各取縱橫兩個(gè)方向的試樣進(jìn)行測試。剝離強(qiáng)度的測試方法為：將兩塊試樣的干法膜面通過黏合劑黏合在一起，在軋車內(nèi)擠壓使涂層充分黏合，然后放于溫度為120℃的烘箱內(nèi)烘干，等待黏合劑充分固化后用具有固定尺寸的模具切取樣品，冷卻至室溫后用拉力強(qiáng)力機(jī)進(jìn)行測試[3]。

2 結(jié)果與討論

2.1 阻燃劑的種類

阻燃劑是針對高分子材料設(shè)計(jì)的功能型助劑，按照使用方法分為添加型阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑，在超纖汽車革中一般使用添加型阻燃劑。產(chǎn)生阻燃效果的原理有吸熱作用、覆蓋作用以及不燃?xì)怏w的窒息作用等等，一般是通過若干機(jī)理共同作用達(dá)到阻燃目的。阻燃劑分類有很多，根據(jù)阻燃劑元素可分為磷系阻燃劑、鹵系阻燃劑、氮系阻燃劑以及混合阻燃劑等，超纖革中常使用磷系以及混合系和鹵素以及混合系阻燃劑，受環(huán)保要求的限制鹵素阻燃劑使用量日益減少[4]。

無溶劑汽車革是通過AB料快速反應(yīng)成型，對于阻燃劑的狀態(tài)有要求，粉末狀可改善無溶劑汽車革平整度，而液體在使用過程中容易對產(chǎn)品平整度、流平性產(chǎn)生影響。因此在無溶劑汽車革中，從環(huán)保的角度考慮選擇磷系以及磷氮混合系阻燃劑，阻燃劑的狀態(tài)選擇粉末狀。

2.2 添加量對比實(shí)驗(yàn)

添加阻燃劑的方法獲得阻燃效果，需要考慮產(chǎn)品的阻燃效果與成本等方面的因素，因此添加量至關(guān)重要。粉末狀阻燃劑會影響A料的粘度，在無溶劑生產(chǎn)過程中還要配合無溶劑設(shè)備的參數(shù)以及生產(chǎn)線的可操作性，同時(shí)反應(yīng)速度相應(yīng)會降低，熟化時(shí)間增長，最重要的是產(chǎn)品的阻燃效果。

2.2.1 黏度的變化

無溶劑技術(shù)的應(yīng)用需要無溶劑設(shè)備配合，無溶劑設(shè)備的原理是將A料多元醇預(yù)聚體和B料異氰酸酯預(yù)聚體儲存在恒溫料罐中，經(jīng)過計(jì)量泵準(zhǔn)確測試流量后，通過管道輸送到攪拌頭，經(jīng)過高速攪拌混合后，噴涂到離型紙上[5]。B料容易吸收空氣中的水分，發(fā)生吸潮固化反應(yīng)影響產(chǎn)品的性能，因此添加劑一般在A料中添加，不會對產(chǎn)品性能產(chǎn)生影響。無溶劑設(shè)備有最佳操作黏度和最佳吐出量，因此在添加過程中需要綜合各方面因素進(jìn)行選擇。圖1是分別添加A料總量10%、20%、30%、40%和50%的阻燃劑的黏度變化。

圖1 不同添加量阻燃劑粘度變化

從圖1可以看出，隨著添加量的增多黏度呈現(xiàn)增長的趨勢，添加量越多，黏度越高，流動性變差。無溶劑A料計(jì)量泵的最佳操作黏度為4000±1000 cps，因此添加量選擇30%～40%。

2.2.2 反應(yīng)時(shí)間的變化

無溶劑貼面產(chǎn)品的難度主要在于無溶劑技術(shù)應(yīng)用時(shí)工藝制定、前期設(shè)備流量調(diào)試以及操作控制要點(diǎn)。工藝參數(shù)主要包含原料配比、助劑添加量、AB料流量設(shè)置。這些參數(shù)的關(guān)鍵就是反應(yīng)時(shí)間，分為起發(fā)時(shí)間和熟化時(shí)間，起發(fā)時(shí)間是攪拌結(jié)束后開始出現(xiàn)發(fā)泡現(xiàn)象所需要的時(shí)間，熟化時(shí)間是指完全熟化也就是AB反應(yīng)完全達(dá)到成品要求所需要的時(shí)間。

AB料反應(yīng)的比例為100∶72，添加阻燃劑后為（100+阻燃劑）∶72，AB組分中官能團(tuán)數(shù)量未發(fā)生變化，A料中添加阻燃劑組分發(fā)生變化，反應(yīng)時(shí)間會發(fā)生變化。圖2是不同添加量阻燃劑的起發(fā)時(shí)間和完全熟化時(shí)間變化對比。

圖2 不同添加量阻燃劑的時(shí)間變化

加入阻燃劑后起發(fā)時(shí)間逐漸增長，反應(yīng)速度相應(yīng)降低，熟化時(shí)間增長，熟化效果達(dá)標(biāo)。起發(fā)時(shí)間越長可操作性越好，同時(shí)反應(yīng)時(shí)間越長，需要熟化的時(shí)間相應(yīng)增加；起發(fā)時(shí)間段，反應(yīng)速度較快，刀口處積料容易發(fā)生反應(yīng)，操作難度大。熟化時(shí)間越長，車速越慢會降低生產(chǎn)效率，生產(chǎn)成本較高；時(shí)間太短會影響熟化效果，相應(yīng)車速太快，操作難度相應(yīng)提高。

綜合各方面因素考慮起發(fā)時(shí)間40 s左右，熟化時(shí)間10min左右最佳，阻燃劑的添加量為30%。

2.2.3 阻燃效果對比

阻燃性檢測原理是將試樣水平夾持在U型支架上，在燃燒箱中用規(guī)定高度火焰點(diǎn)燃式樣的自由端15 s后，確定試樣上火焰是否熄滅或何時(shí)熄滅，以及試樣燃燒的距離和燃燒該距離所用的時(shí)間[2]。表1是添加不同百分比阻燃劑阻燃性能的對比數(shù)據(jù)。

表1 不同阻燃劑添加量阻燃性能對比

從表1可以看出，阻燃劑添加10%～20%時(shí)阻燃性能等級為B級，30%時(shí)阻燃性能等級為A。阻燃劑添加越多阻燃效果越好，產(chǎn)品的阻燃性能越佳，在達(dá)到產(chǎn)品性能的同時(shí)，考慮到降低生產(chǎn)成本，因此添加量選擇30%～40%即可。

2.2.4 力學(xué)性能指標(biāo)的對比

力學(xué)性能指標(biāo)主要包含剝離強(qiáng)度、斷裂伸長率、撕裂強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)力等，表2是不同阻燃劑添加量的力學(xué)性能指標(biāo)對比。

表2 不同阻燃劑添加量的力學(xué)性能對比

從表2可以看出，剝離強(qiáng)度隨著添加量的增多呈現(xiàn)下降趨勢，在30%～40%之間比較接近，穩(wěn)定性較好，50%的時(shí)候剝離強(qiáng)度降低偏大；斷裂強(qiáng)力、撕裂強(qiáng)度的變化在10 N以下，斷裂伸長率的變化在10%左右。添加阻燃劑后剝離強(qiáng)度、斷裂伸長率、斷裂強(qiáng)力和撕裂強(qiáng)度未有明顯變化。綜合衡量剝離強(qiáng)度與其他力學(xué)指標(biāo)的變化，添加量選擇在30%～40%之間。

3 結(jié)論

本文主要探討了阻燃劑的種類、添加量對黏度、反應(yīng)時(shí)間和熟化時(shí)間，以及成品阻燃效果、力學(xué)性能的影響，主要得出以下結(jié)論：

（1）從阻燃劑的選擇方面來說，無溶劑汽車超纖革產(chǎn)品選擇磷氮系粉末狀阻燃劑；

（2）從阻燃劑添加量試驗(yàn)黏度變化曲線得出，阻燃劑添加量在30%～40%之間；

（3）從阻燃劑添加量對反應(yīng)時(shí)間和熟化時(shí)間影響分析，選擇最佳添加量為30%；

（4）從阻燃性能分析，添加量越多越好，但阻燃效果在添加量為30%～40%即可達(dá)到產(chǎn)品要求；

（5）阻燃劑的添加對產(chǎn)品的力學(xué)性能無明顯影響，但對剝離強(qiáng)度有一定影響，添加量越多剝離強(qiáng)度會相應(yīng)降低，綜合衡量各項(xiàng)指標(biāo)選擇30%～40%。

綜上所述，從各項(xiàng)指標(biāo)綜合分析，選擇阻燃劑種類為氮磷系的粉末狀，添加量為30%。一方面可以滿足產(chǎn)品性能，另一方面可以降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

隨著科技的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步以及號召節(jié)能減排、清潔化生產(chǎn)，汽車革行業(yè)也進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整。無溶劑技術(shù)的成功應(yīng)用，提升了產(chǎn)品的品質(zhì)，提高了產(chǎn)品的性能，對超纖革的發(fā)展起到了推動作用。