淺析汽車儀表板搪塑PVC應用現狀

閔 良 尹建偉

（上海汽車集團股份有限公司乘用車分公司，上海 201800）

0 引言

隨著社會的發展和汽車智能化，汽車內飾的品質越來越受到消費者的重點關注。其中，儀表板作為汽車座艙系統內直接可視的最大總成件，其表面的材質一直是客戶的高關注點。通過一些自媒體和汽車消費網站的評車視頻可知，儀表板人體可觸區域的軟材質化越來越受到消費者的青睞。

傳統的儀表板上體從材質軟硬這個角度可以分為兩種類型，一種為硬質儀表板，第二種為軟質儀表板。但是從應用趨勢來說，一些10 萬元以上的乘用車為了滿足客戶的需要，越來越多地采用軟質的儀表板。而塑料直接注塑而成的硬塑儀表板，由于光澤度高、塑料感強、感知差等原因，使用得越來越少了。

該文從汽車軟質儀表板的實現方式來入手，詳細介紹軟質儀表板最常用的工藝搪塑，同時重點詳述了新開發的國產化搪塑PVC 粉末。依次從配方和DV/PV（性能/產品驗證）等方面進行了討論，并把搪塑PVC 粉末制成了儀表板，對搪塑儀表板的表皮性能進行討論和比對。

1 常見軟質儀表板實現方式

目前軟質儀表板的實現方式基本有如下幾種[1]：PVC 搪塑、TPU 搪塑、PU 噴涂、TPO 陰模吸塑和皮革包覆，如圖1。這幾種材料和工藝路徑各有優缺點。PVC 搪塑的手感不如皮革包覆，與TPO 吸塑、TPU 搪塑、PU 噴涂處于一個水平；但氣味不如TPU 搪塑，與TPO 吸塑和PU 噴涂處于同一水平，優于使用膠水的皮革包覆；造型自由度上PVC 搪塑雖然不如皮革包覆自由度高但也可實現倒扣，TPO 吸塑涉及有限的拉伸比且無法實現倒扣故造型自由度最低。成本上PVC搪塑與TPO 吸塑處于同一水平，TPU 搪塑和PU 噴涂較貴，皮革包覆決定于包覆皮革的成本和人工成本，綜合下來皮革包覆成本最高。生產節拍上PVC 搪塑價格與TPO 吸塑、TPU搪塑、PU 噴涂處于同一水平，但手工包覆節拍較滿，很難滿足暢銷車型的產能要求。綜上可以看出，搪塑PVC 是一種綜合性能都處在行業水平線或上的材料工藝路徑，所以該工藝也得到了廣泛應用。最近出現了一種可以與PVC搪塑在各個維度上相提并論的工藝，注塑表皮[2]，利用材料極高的流動性，采用注塑的方式制造熱塑性彈性體表皮，并在量綱大于30 萬的車型上通過一次性的模具費用分攤單件成本。

圖1 常見儀表板上體材料和工藝路徑

在各種塑料成型工藝中，搪塑是一種非常獨特的方法[3]，它的加熱、成型和冷卻過程全部在同一個沒有壓力作用的模具中進行。利用搪塑法可以制得外形較為復雜的制品，而且能夠塑造出復雜細致的物理線條，并保持設計原意，沒有注塑和吹塑制品的模具拼合線痕，為其他各種塑料成型工藝所不及。且PVC 搪塑與通過真空成型法制得的同類產品相比，具有工藝簡單、成本低、花紋逼真、厚度均勻、手感好、使用壽命長等優點。

模具先用氣槍除塵，然后模具通過熱空氣加熱至230℃～250℃，方式有氣加熱，油加熱，沙加熱，主流是前兩者。搪塑模與粉盒對合并夾緊，模具在上，粉盒在下，模具和粉盒一起旋轉至粉箱在上，模具在下，粉盒里的粉末這時落在模具里，在高溫的作用下，緊貼在模具的那一層就融化并相互黏在一起；繼續旋轉，使模具的每個角落都有粉末且融化并黏在一起，直至形成的表皮厚度增加至符合要求為止，這時粉盒在下方，沒有融化的粉末通過模具敲擊或震動又回到粉盒里；搪塑成型后，再次對模具進行短暫加熱，使沒有完全融化黏合的粉末繼續融化黏合；表皮脫模前需要對模具進行冷卻，否則表皮易變形或者黏模；冷卻方式有水冷卻，風（空氣）冷卻，油冷卻。氣加熱和沙加熱的模具一般用水冷或者風冷，油加熱的模具用油冷。水冷速度快，但對模具使用壽命有損；風冷速度慢，但有利于模具的使用壽命。目前很多是先風冷后水冷，可以兼顧生產節拍和模具耐用性。之后將表皮從模具上脫模；最終將表皮放在骨架上進行質量和外觀檢驗。

2 國產化搪塑PVC 粉的開發必要性

目前主流整車廠使用的PVC 搪塑粉主要集中在少數一兩家材料供應商手中，而搪塑PVC 蒙皮是軟質儀表板主流的解決方案，所以開發國產化的PVC 搪塑粉成了整車廠和一級供應商亟待完成的工作。

上汽乘用車的絕大部分軟質儀表板也是使用了搪塑PVC的方式來實現且材料供應商集中在國外獨資的極少數供應商中，開發完成國產化材料供應商后可實現材料降本工作，同時為后期的采購提供議價空間，也可以為汽車材料國產化做一份綿薄的貢獻。

3 PVC 搪塑粉的配方體系

聚氯乙烯具有耐化學腐蝕性、耐磨、耐煙自熄、消聲消震、電絕緣性較好、強度較高及成本低廉等特點，但其主要缺點是熱穩定性差、對應變敏感、易發生塑性變形及軟制品的增塑劑外遷移等。PVC 搪塑粉的配方主要由PVC 樹脂、增塑劑、熱穩定劑、UV 穩定劑、顏料和無機添加劑組成復配體系[4]。

PVC 樹脂一般是兩種組分，一種組分負責充分吸收添加量較大的增塑劑，一種組分則負責增加粉末的流動性。

增塑劑是PVC 搪塑表皮中配方中必不可少的配方組分且占比很高。對產品的機械性能和耐候性能、耐溶劑性能、低溫性能等有至關重要的影響，為了保證增塑劑在PVC 樹脂中發揮其應有的作用，其自身的遷移性能是一個關鍵的考量因素。

在成型過程中，PVC 搪塑粉須經過250℃左右的高溫，其耐熱穩定性是個重要指標。目前常用的耐溫穩定體系是鋇-鋅基鹽類和鈣-鋅基鹽類等。同時還會考慮成型過程中粉末的易加工型添加一些分散劑、抗結劑和保證耐光照性能的抗UV 劑等。為實現各種外觀的顏色效果同樣會添加各種類型的顏料。

4 開發要求（DV /PV）

上汽乘用車在開發PVC 搪塑粉進行了零件材料級別的靜態驗證和動態驗證。對動態驗證考核了儀表板乘客側安全氣囊展開性能。通過多次不同當量的點爆試驗，量化了特定區域內的飛濺物質量，查驗了氣囊弱化線位置的撕裂狀態和規整程度。零件級別的靜態驗證，評判了高溫存放后的儀表板外觀顏色和弱化線的顯現程度；對材料的機械性能，驗證了搪塑表皮的供貨態和熱老化后的機械性能衰減程度，同時驗證此零件耐光照性能、散發性能、阻燃性能和與發泡料的結合力，也考核了PVC 搪塑表皮的耐磨損性能，并且定義了零部件的陽光模擬測試要求和海南戶外大氣暴曬要求。

5 與進口料的對比

通過零件的材料級別機械性能驗證，可以從一個側面間接地判斷PVC 搪塑粉制成的蒙皮是否能夠滿足零件級別的點爆要求。上汽乘用車有完善的儀表板零部件材料級別標準和試驗標準，以供貨態和高溫存放后的拉伸強度和斷裂延伸率以及兩者前后變化率作為考評內容。PVC搪塑表皮在日常使用或者高溫存放過程中，自然而然會存在增塑劑析出的問題，那么將高溫存放后對表皮的機械性能進行評價是十分必要的。隨著溫度的升高，增塑劑分子運動加劇，遷移性逐步升高，導致PVC 表皮高溫下增塑劑析出，尤其是軟質儀表板的“三明治”結構，其背面的聚氨酯發泡層有吸附作用，會將析出的增塑劑吸附至發泡層中。激光弱化線位置因弱化結構，此處發泡層已被汽化，因此無法吸附析出的增塑劑，進而導致析出的增塑劑在表皮表面顯現，出現明顯的弱化印。這是增塑劑析出的表觀現象，也是其析出的佐證。

增塑劑析出最直觀的表象就是PVC 搪塑表皮的塑性性能下降，通過機械性能測試可以看出，增塑劑析出后，其斷裂強度顯著增加。以上汽乘用車目前量產的PVC 搪塑表皮為例，如表1 所示，高溫存放后，斷裂強度從供貨態的10.8MPa 提高到了15.6 MPa，斷裂延伸率明顯下降，延伸率從供貨態的304%下降至254%，這些都是其塑性性能變差的證明。同樣，國產化的PVC 搪塑表皮性能也有類似的趨勢，斷裂強度從供貨態的11.0 MPa 提高到了16.7 MPa，斷裂延伸率也出現了下降，延伸率從供貨態的314%下降至290%。這表明增塑劑也出現了一定程度地析出，但開發的新的國產材料性能更好。

表1 PVC 搪塑表皮機械性能對比

一般來說，分子量小的增塑劑，與PVC 的相容性較好，其增塑效果也更佳，但因其分子量小，更易遷移而析出。反之，分子量大的增塑劑，耐遷移性更佳，甚至需要其分子上有支鏈結構。所以需要選擇合適的增塑劑來保證PVC 表皮的各項性能，尤其是通過干法熱混冷混途徑制備的PVC 搪塑粉，增塑劑扮演著溶脹PVC 樹脂粉和增塑的雙重作用。

6 已量產項目的PVC 搪塑顏色

汽車內飾的色彩開發趨勢已經不再是以前黑棕灰的純色系，已經慢慢轉變至多顏色拼搭和多工藝混搭后形成一種自然統一的內飾風格，目前，上汽乘用車根據內飾的色彩主色調已經成功開發出了5 款儀表板搪塑PVC 表皮的顏色，包括了經典款的黑色，高貴風格的棕色和近期流行的神秘風格的深藍色和藍色，如圖2 所示。這其中顏色的變化是通過之前提到的配方體系中的顏料實現的，而顏料分為無機顏料和有機顏料，無機顏料一般是礦物質，其耐溫性能較好，而有機顏料是含有偶氮基等共軛體系的有機物，其著色力強，可實現艷麗的色彩，但其共軛體系在高溫容易被破壞，導致其發色體系發生變化，因此耐熱、耐光性能不如無機顏料。一般黑色可以通過碳黑來實現，但如果是偏藍色的黑色，可能需要一個有機顏料來復配實現，棕色一般也可以通過無機顏料來達到對應的顏色要求，但藍色則必須需要添加有機顏料，而PVC高溫或者長時間光照后容易出現黃變，黃色色相是與藍色色相完全相反的顏色方向，所以藍色色相的PVC 搪塑表皮需要在抗熱氧和抗紫外上通過其他助劑來加以保證。

圖2 上汽乘用車主要搪塑PVC 表皮顏色

7 新的模具路徑實現其他皮紋類型

內飾CMF（Color Material Finishing）的開發除了色彩外，還擴大到了紋理，目前儀表板搪塑PVC 的紋理主要還是傳統的動物紋，實現方式還是通過母皮包覆在代木上，通過翻模，制作出搪塑模具；而如今開始逐漸流行科技紋或者漸變紋，這對傳統手工包覆制作鎳殼母模的方式提出了新的挑戰。在一些翻邊、轉角和曲面位置，規則紋理會被拉伸導致變形，或者紋理無法承接達到連續，這就應用而生出其他制作搪塑模具的方式，例如用激光直接雕刻的鋼模替代手工母皮包覆的木模。這樣可以直接進行參數化設計，在轉角和曲面等位置，直接設計紋理，甚至可以設計漸變紋理來自然過渡曲率的變化。廣汽AION V 的儀表板就是采用這種工藝路徑實現的科技紋理，如圖3。但這也對激光雕刻加工工藝的精準度提出了更高的要求，因為搪塑工藝可以實現倒扣，所以激光雕刻的設備需要能翻轉和精準定位。目前還有一種可以參數化設計的方案就是3D 打印母皮。通過設計軟件的輔助，定制符合制品型面和風格的紋理，之后通過3D 打印的方式定制出母皮，之后進行手工包覆，來制備鎳殼模具。

圖3 AION V 儀表板搪塑PVC 紋理

8 結語

該文介紹了常見的儀表板材料工藝路徑，并從感知質量、制造成本、生產節拍和設計自由度等方面對比了其各自的優缺點，闡述了軟質儀表板最常應用的PVC 搪塑工藝步驟和國產化開發的意義，列舉了PVC 搪塑粉的配方體系和儀表板PVC 搪塑表皮的應用要求，對比了目前量產和國產化開發的PVC 表皮性能。同時也分析了儀表板PVC 搪塑表皮在色彩、紋理上的開發趨勢并舉例說明了其目前的實現方案。汽車內飾今后的發展方向必然是向著智能化、家居化、個性化等方向發展，而其中的核心就是客戶的感知質量。觀感、觸感、嗅感、使用感等都是內飾新材料新色彩新紋理的開發方向。