汽車座椅面料防水性影響因素分析

李 彬，付 丹，熊 芬，謝德鈺，韓 冰，張 旭

(東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，湖北 武漢 430058)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及客戶需求的提高，功能多樣化的面料在汽車座椅上的應(yīng)用越來越多[1]。目前，汽車座椅面料的防水性逐漸得到廣泛關(guān)注。汽車座椅常用的面料有機織面料、針織面料，面料的防水性可通過采用高密結(jié)構(gòu)、黏貼防水膜、涂防水層、浸軋整理等方式實現(xiàn)[2-3]。以往對服裝面料防水透濕性有大量研究，但對汽車座椅面料防水性研究較少，對熱老化、氣候老化、光老化、磨損后面料材料防水性的殘留等相關(guān)研究更少[4]。

張德強等[5]系統(tǒng)研究了芳砜綸廚師服的拒水拒油整理工藝對材料拒水性的影響，及拒水處理后面料性能的變化，得出最佳浸軋整理工藝及后整理對材料透氣性影響有限；王薇等[6]研究了錦綸織物防水防油的整理工藝，得出陽離子抗靜電劑與防水劑同浴整理兼容性較好，非離子型抗靜電劑與防水劑同浴整理兼容性稍差。于磊等[7]研究了孔徑分布對高密度織物防水透濕性的影響，得出復(fù)合絲間大孔徑對織物的防水性影響較為顯著。

本文以汽車座椅常用平紋滌綸面料為研究對象，研究TG-5574三防助劑(防水、防油及防污)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、熱老化、光老化、氣候老化、馬丁代爾磨損[8]等因素對面料防水性能的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

面料為平紋滌綸織物，面密度320 g/m2，經(jīng)向密度32根/cm，緯向密度22根/cm，經(jīng)緯紗均為500 dtex滌綸絲；三防助劑TG-5574(大金氟化工(中國)有限公司)，該助劑分子鏈中含有全氟丙烯酸酯鏈段，具有成膜性[9]，可賦予產(chǎn)品防水、防油及防污性。

1.2 實驗設(shè)備

SL200B型水接觸角測試儀器(美國科諾工業(yè)有限公司)；水噴淋試驗儀器(雅馬拓科技貿(mào)易有限公司)；SEG-021型高溫箱(上海愛斯佩克環(huán)境設(shè)備有限公司)；SETH-Z-102U型氣候老化箱(上海愛斯佩克環(huán)境設(shè)備有限公司)；CI4000型光老化測試儀(ATLAS公司)，YG(B)401E型馬丁代爾耐磨儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)。

1.3 實驗方法

助劑處理：采用三防助劑對面料進(jìn)行浸軋防水處理，助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%、3%、5%、8%，定形條件為170 ℃，時間2～3 min。

熱老化處理：溫度90 ℃，時間分別為24、72、120、168 h。

光老化處理：輻照度1.4 W/m2，波長420 nm，照射時間為80、160、240、300 h。

氣候老化處理：以溫度40 ℃、相對濕度95%處理16 h→-20 ℃處理2 h(無濕度)→85 ℃、相對濕度45%、處理6 h為一個循環(huán)(狀態(tài)變換在0.5 h內(nèi))，循環(huán)周期為4、6、8、10次。

馬丁代爾磨損：參考GB/T 21196.2—2007《紡織品 馬丁代爾法織物耐磨性的測定 第2部分：試樣破損的測定》進(jìn)行測試，載荷為1 600 g，摩擦次數(shù)為5 000、10 000、15 000次、20 000次。

1.4 性能測試

接觸角：參考ASTM D724—2003《Standard Test Method for Surface Wettability of Paper(Angle-of-Contact Method)》，采用樣件表面水接觸角測試方法測試。

噴淋測試：參考AATCC 22—2017《Water Repellency:Spray Test》[10]，采用噴淋法拒水性能測試方法進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對面料防水性的影響

按照1.3實驗方法，在不同三防助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下對面料進(jìn)行處理，助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對面料防水性的影響如表1所示。

表1 助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對面料防水性的影響

由表1可知，未經(jīng)三防助劑處理的面料完全沒有防水性；面料防水性隨著助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大，助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時，面料防水性能基本達(dá)到較佳，繼續(xù)增加助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)，面料防水性變化較小。這可能是由于面料在浸軋?zhí)幚頃r，浸軋槽溶液中助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于3%時，助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，處理時助劑向紗線滲透得更充分，助劑對紗線“包裹”均勻性更好，當(dāng)浸軋?zhí)幚聿廴芤褐兄鷦┵|(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時，助劑從槽液向紗線及助劑從紗線向槽液滲透達(dá)動態(tài)平衡，此時助劑對紗線基本完全“包裹”，因此增加助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)面料防水性基本不變，再增大助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)面料防水性并未有顯著提升。

2.2 熱老化對面料防水性影響

分別對A1～A5面料進(jìn)行熱老化實驗，熱老化時間對面料防水性的影響如表2所示。

表2 熱老化時間對面料防水性的影響

由表2可知，不同三防助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)處理的試樣，在90 ℃條件下老化一定時間后，水接觸角、噴淋實驗評價結(jié)果基本保持不變，因此熱老化對面料防水性影響不大。

2.3 光老化對面料防水性影響

分別對A1～A5面料進(jìn)行光老化實驗，光老化時間對面料防水性的影響如表3所示。可知，當(dāng)三防助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3%以內(nèi)時，隨光照時間的延長，面料防水性能輕微下降，但仍保留較好防水性；當(dāng)三防助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過3%，延長光照時間幾乎不影響面料的防水性。由于三防助劑中有效防水基團(tuán)氟鏈段通過丙烯酸酯鍵連在分子主鏈上，過長的光照能量累計可能會導(dǎo)致酯鍵一定程度分解，使面料表面氟殘留量降低，因此導(dǎo)致防水性能降低；但高質(zhì)量分?jǐn)?shù)助劑處理后的面料紗線上有更多的助劑殘留，可以緩解光照帶來的面料防水性的降低。

表3 光老化時間對面料防水性的影響

2.4 氣候老化對面料防水性的影響

分別對A1～A5面料進(jìn)行氣候老化實驗，氣候老化實驗循環(huán)次數(shù)對面料防水性的影響如表4所示。

表4 氣候老化實驗循環(huán)次數(shù)對面料防水性的影響

由表4可知，當(dāng)三防助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3%以內(nèi)時，面料防水性隨氣候老化循環(huán)次數(shù)增加輕微降低，但仍保留較好防水性；當(dāng)三防助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過3%時，氣候老化循環(huán)次數(shù)增加幾乎不影響面料防水性。這可能是由于面料在氣候老化循環(huán)高濕段時，三防助劑分子鏈親水拒水段重新排布，親水段翻轉(zhuǎn)到外側(cè)拒水段翻轉(zhuǎn)到內(nèi)側(cè)，高溫段時含氟段又不能完全回復(fù)到表面，因此經(jīng)過反復(fù)氣候老化循環(huán)后面料防水性能會有所下降；高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的助劑處理后面料紗線上有更多的助劑殘留，可以緩解氣候老化循環(huán)導(dǎo)致的面料防水性的降低[11]。

2.5 馬丁代爾磨損對面料防水性影響

分別對A1～A5面料進(jìn)行馬丁代爾磨損實驗，摩擦次數(shù)對面料防水性的影響如表5所示。

表5 馬丁代爾摩擦次數(shù)對面料防水性的影響

由表5可知，隨著馬丁代爾摩擦次數(shù)的增加，面料的防水性先是大幅度降低，在摩擦次數(shù)達(dá)到15 000次時，防水性降低基本達(dá)到最大值；助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1%時，摩擦5 000次后，面料防水性變得很差，僅具備一定靜態(tài)防水性；助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于3%，摩擦15 000次后，面料的防水性變得很差，僅具備一定靜態(tài)防水性；助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于5%時，磨損面料仍然具備一定防水性，且隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而增加，當(dāng)助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8%時能保證磨損后面料仍然具備優(yōu)異的防水性。主要原因可能是，磨損會導(dǎo)致面料紗線表面“毛化”，且隨摩擦次數(shù)增加“毛化”越嚴(yán)重，摩擦15 000次時紗線基本完全被毛紗包裹，繼續(xù)磨損不會增加紗線周圍毛紗密度，紗線“毛化”增加了面料表面的粗糙度，水更容易滲透，因此面料防水性會降低；當(dāng)三防助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到較高時，助劑向面料的每根紗線滲透得更充分，磨損時紗線“毛化”產(chǎn)生的纖維也被助劑所包裹，此時面料防水性僅會因為表面粗糙度增加而略有降低，仍然能保持較好防水性。

3 結(jié) 論

① 對座椅面料進(jìn)行三防助劑浸軋?zhí)幚砗螅墒姑媪戏浪源蠓仍黾樱?dāng)助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到3%時，面料的動態(tài)、靜態(tài)防水性均基本達(dá)到最大值。

② 面料通過三防助劑浸軋?zhí)幚砗螅浪曰静皇軣崂匣瘯r長的影響，面料對熱老化耐受性很好；助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3%以內(nèi)時，光老化、氣候老化時間的增加會使面料的防水性略微降低，但面料仍能保持較好的防水性，助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過3%時，光老化、氣候老化時間增加對面料防水性基本沒有影響。

③ 由于馬丁代爾磨損會導(dǎo)致面料紗線“毛化”，因此使面料的防水性能降低，當(dāng)摩擦次數(shù)達(dá)到15 000次時，面料紗線“毛化”程度達(dá)到最大，此時面料防水性也降到最低；隨著三防助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，磨損對面料防水性的影響越小，當(dāng)助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8%時，磨損后面料仍然具備優(yōu)異的防水性。