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车用纺织品之针刺非织造材料
冯学本 无锡嘉元非织造技术研究所/文 2014/10/29
20世纪以来,全球汽车工业发展稳步增长,从区域结构上看,欧美地区的增长幅度较小,而亚太及非洲地区快速增长,汽车工业已经成为我国的重要产业,尤其是进入21世纪以来,随着我国综合经济水平的提高以及国外汽车制造商的纷纷入驻,我国的汽车工业实现快速发展,通过对中国汽车市场的分析,“十一五”期间,产销规模增长已经是行业发展的主流,到2013年,在国民经济平稳发展以及工业生产增速止跌回升等因素的影响下,我国汽车市场一改前两年微增长态势,呈现出强劲反弹的复苏迹象,全年汽车产销分别达到2211.68万辆和2198.41万辆,同比分别增长14.76%和13.87%,远远超出年初市场的普遍预期。汽车产销首次双双突破2000万辆,创历史新高,再次刷新全球产销连续五年蝉联全球第一。
汽车产业作为国民经济支柱产业的地位越来越突出。去年交通运输设备制造业对工业增长的贡献率首次跃升至40个工业行业之首。以汽车制造业为主的交通运输设备制造业已取代电子信息通信业,成为名副其实的领头羊。
为了满足消费者的多种需求,国内汽车厂家不断推出新车型。据汽车工业协会统计,最近两年每年全新车型和改款车型都超过100款。结合国家统计局发布的权威数字,中国私人汽车保有量接近2200万辆,约合60人一辆。业内人士认为,这与世界平均每千人120辆(约合8人一辆)相差甚远,发展空间明显。
 
车用非织造材料的发展空间
 
汽车行业是一个产业关联度较高的行业,它的发展将给车用非织造材料制造业带来商机,同时也将推动车用非织造材料在质量、产量和品种上迈上新台阶。据美国非织造布工业协会(INDA)提供的信息,汽车上有40多个零件是用非织造材料加工的,并且它在汽车上的用量还在一直增长。在1997年生产一辆轿车仅约1平方米非织造布材料,而目前已达到20~30平方米(重约15~20kg),由于新车型、新用途还在不断开发,用量还将继续增加,如现用泡沫材料填充的汽车门内侧护板,一旦被非织造布材料取代,则每辆车又要增加约4平方米的用量。 
我国每年用于汽车工业的非织造材料数量近7000万平方米,车用非织造材料已占国内非织造材料生产总量的二成,而此数量还远远满足不了国内汽车制造业快速发展的需要,仍有近50%的需求量依赖进口,因此,国内外车用非织造材料市场潜力巨大。
 
车用非织造材料的原料纤维
 
纤维原料选择的基本原则是依据产品物理性能,选定纤维品种与规格;依据产品具体要求,考虑添加功能性纤维;依据产品价格定位、考虑纤维来源的等级。
纤维是生产非织造布最基本的原料,纤维的不同性能对非织造布产品的质量影响极大。想获得客户满意的产品,首先要清楚了解纤维在非织造布中的作用,了解纤维的基本性能,并适当选择纤维。其实,对针刺非织造材料产品影响较大的是纤维原料的合理选用。虽然产品质量与纤维的许多因素有关,但其中最主要的是纤维的特性。无论是什么纤维,一般来讲,纤维的常规参数都有它共性的特点,我们可以向化学纤维制造商合理提出要求,以满足针刺产品质量的需要。
不同纤维原料的性能对非织造布产品的质量有着十分重要的影响。企业要生产出既满足使用性能要求、又质优价廉的非织造布产品,必须确切掌握原料的主要特性,综合考虑多种纤维混合的优化组合,深入了解车用非织造内饰产品的关键性能,并依据其不同要求与特点,分别选择不同性能的纤维作原料,以满足产品的质量要求。
聚酯纤维(PET)又称涤纶纤维,是车用纤维的主打原料,它性能优异,是一种理想的针刺用非织造布纤维。聚酯纤维对伸长、压缩、弯曲等形变的恢复能力很高,同时由于聚酯高聚物大分子链的刚性很大,其弹性模量较高,纤维不易变形;其次是强度好,一般强度可达4~6g/D,高强涤纶强度可达6~9g/D,再次是热稳定性与耐热性好;最后是耐磨防毒,其耐磨性仅次于尼龙。它的缺点是染色性能吸湿性较差,易产生静电。
聚丙烯纤维(PP)又称丙纶纤维,是车用纤维的辅助原料,它有很好的强力,一般强度为4.5~7g/D,高强的可达13g/D,而且耐磨;它的另一个特点是比重小,只有0.91;由于丙纶大分子长链中没有亲水性基因,所以吸湿率极小,同时耐腐蚀。缺点是耐光性、染色性、耐热性差。
低熔点纤维如ES、4080等,是车用纤维的添加原料,比常规涤纶纤维熔点低,一般在110~140℃,可与涤纶按一定比例混配。在一定温度条件下热处理后熔点形成大量的点粘合,用以替代乳胶的硬挺效果,以达到环保和低成本的目的。
特种纤维是随着人们对汽车品质要求的提高,不断地应用于汽车内饰中的。如使用负离子纤维能消除汽车内的异味;使用抗紫外线纤维能减少紫外线对人体的照射,降低车内温度;使用阻燃性纤维提高汽车内饰件的阻燃效果;使用抗菌纤维可抑制汽车内饰件的霉菌产生等。
此外,认真分析纤维的物化指标对产品的影响是十分必要的,它们决定着生产企业选择什么样的纤维原料。生产企业要依照非织造布产品的耐温、耐酸碱、耐光照、耐磨损、强伸度以及是否要染色等性能、要求、特点和手感来经济合理地选择纤维品种与档次(生产纤维的瓶片质量直接影响品质)。
车用纤维是随着汽车工业的发展而从化学纤维中派生出来的专用纤维,它与汽车的快速发展同步,其产品结构比普通纤维更有特色、更具有技术含金量。
随着技术的发展、市场需求的提升和环保意识的加强,使得企业纷纷考虑如何将功能性特种纤维像添加色母粒或色粉一样加到聚合物原料中,以达到功能性要求。
汽车内饰材料在不同部位还有不同的要求,所以对纤维的柔软性、挺拔性、丰满性、膨化性、除臭性、阻燃性、抗菌性和抗紫外线等功能有各自的指标,为车用纤维的开发提供了依据。
 
车用针刺非织造材料的特性与应用
 
由于车用针刺非织造材料一般采用以上纤维,因此非常适合进行工程化设计,具有织造布或其他材料无可比拟的优点。
良好的结构特性。车用针刺非织造材料的结构设计灵活性强,可以深度模压成形,适合任何表面形状复杂内饰件的要求,而且较织造布在纵横向上具有更均衡的拉伸性能及形变的恢复能力,因而模压成形后在外观上更均匀、美观、饱满。
外观美观,能较好地与车内风格融为一体。针刺非织造材料采用的纤维颜色可根据车内整体色调进行调整与选择,能够较好地与车内门板、仪表台等其他内饰的色调融为一体,满足汽车的美学性能要求。
易于安装使用,稳定性好。针刺非织造材料具有较好的尺寸稳定性与耐热稳定性,因而安装和使用过程中不易破损、老化,有较强的使用寿命。
较大的成本优势。针刺非织造材料工艺流程短、瓶片原料来源广,使其具有更高的性价比,这对于降低整车生产成本是很有帮助的。
满足汽车轻量化、环保、可回收利用的要求。针刺非织造材料比织造材料及其他产品重量更轻,因而有利于改善车辆的自重;同时这些纤维原料对人体无刺激、无异味、无毒害并可回收利用。
车用针刺非织造材料按照功能分类,可分为装饰性材料和功能性材料两大类。装饰性材料主要是指模压内饰件,如地毯、车顶篷、衣帽架、行李箱侧毯、中护围、盖板等;功能性材料包括吸音隔音材料、隔热材料、过滤材料等,装饰性材料和功能性材料没有完全清晰的界限。针刺非织造材料运用于汽车的不同部位,其质量要求的侧重点也不相同。
地毯类材料。由于后续加工要有很深及相对复杂的模压成型,所以对地毯材料的断裂强力、断裂伸长率、撕破强力、尺寸稳定性、纵横向拉伸强度要求较高,同时乘客舱地毯是司乘人员经常踩踏的部位,所以要有触感舒服、耐磨、不起球、防污、阻燃、有一定摩擦系数且抗静电性等特性。
车顶篷材料。车顶篷材料是汽车内饰产品中最直观的材料之一,因此在具有柔和的色泽、均匀美观的风格、柔软的手感的同时,还应具有防污及较好的耐光色牢度。
搁物板(衣帽架)材料。此部件安装于汽车后排座位上方,是汽车内饰中最重要的外观件之一,也是经常被人看到、触摸到和接受日晒时间最长的部位,因此,耐光色牢度、耐磨损耗、耐磨起球、毯面风格、色泽都是十分重要的性能要求。
行李箱材料。行李箱左右侧板,中护面、盖板等是装在汽车行李箱内部彼此连接的几个部件,因此此类面料要求色泽一致,同时还要求有良好的成型稳定性。  
 
针刺汽车内饰的生产技术
 
针刺非织造材料在汽车内饰件中主要有汽车地毯、顶篷呢、顶篷内衬、发动机前翻板内衬、发动机与客舱之间隔热板、后阳板、行李箱轮备罩、隔音减震地毯衬、后备箱轮备罩衬、门内衬、变速箱档内衬以及各种密封针刺毡等等。对汽车内饰材料多为外观特性要求和功能特性要求。在外观特性方面要求可进行工程化设计以及设计的工艺性;在功能特性方面要求可裁剪性、可成型性、轻量化、补强性、隔振性、耐热性、隔音性、吸音性、隔热性、缓冲性、弹性回复性、柔软性、难燃性和可焊接性。
生产工艺路线。一般说来,主地毯的纤维细度一般为10~15dtex、顶蓬毯的纤维细度是3~6dtex、后搁物板面层纤维细度为6~10dtex 。工艺流程是:通过定量秤重—开松—混和—再开松—再混合—定量喂入—机械梳理—铺网—预刺—起绒—背衬上胶定型—淋膜—切割卷绕—检验(裁片)—包装—入库。
轮罩毯以及其他内衬毯等的原料选用范围比较宽,工艺流程是:定量称重—开松—混和—定量喂入—机械梳理—铺网—预刺—上针刺—下针刺—背衬上胶定型—切割卷绕—检验(裁片)—包装—入库。
复合。面层复合可由针刺复合,面层背涂热熔粉,在模压时热融毡加热后,成型过程中直接粘合,也可用PE淋膜复合。
由于汽车制造厂对某个车型内饰件的各项指标,都要求绝对的一致性,于是汽车内饰件生产商在打样、试压的同时,必须建立完善、严格的产品管理体系,包括产品流程、作业手册、试制文件、客户投诉点、产品标准等。
一般来讲,汽车内饰产品市场入门较难、门槛较高、资金扣押周期较长、产品价格随汽车的降价而同步降价日显严峻;但是一旦进入汽车行业,资金按期付款绝对不欠,客户验厂合格后相对稳定,批量订单较大。
 
生产企业面临挑战
 
“入世”以后,国门完全打开,我国的轿车产业与国外发达国家的汽车企业处于同一个大市场,将不可避免地面临激烈的竞争与挑战。
原材料价格的持续上涨及汽车价格下降的成本压力。成本是驱动非织造布在汽车市场增长的主要动力,但同时也成为非织造布生产企业发展的主要障碍。石油价格的持续上涨引发了原材料成本大幅上升,原材料的成本上涨和供应短缺是供应链努力满足市场对质量和成本的双重要求而面对的最大障碍,同时,汽车行业价格竞争给汽车内饰行业带来价格与成本的挑战。
来自同行的新进者的竞争压力。面对巨大的市场诱惑,使得一些从没有涉足无纺行业的公司纷纷进入,无序的价格战与订单争夺战,使得有序的产品链条变的杂乱。汽车车型的快速更新又对汽车内饰企业的应变能力考验加剧,国内非织造材料生产企业必须应对来自不同汽车厂家迥异不同的标准要求。
标准不统一是目前国内车用纺织品市场存在的主要问题之一。国内非织造材料生产企业技术研发能力与检测手段还远远不能满足国内汽车发展的需要。目前很多汽车用纺织品的测试没有统一的国家标准,整车厂不得不将测试转向国外,昂贵的测试费用不仅加重了纺织品生产企业的负担,行业亟盼国家标准的出台,以此规范质量检测。很多业内人士看来,标准和检测所涉及的问题太多,要达到发达国家那样稳定健康的状态,还有很长的路要走。
新产品开发能力普遍较弱。由于我国汽车用纺织品发展的历史较短,当前国内的汽车纺织品生产企业基本上还是停留在以价格作为竞争优势的层面上,生产企业的主体仍然为中小企业,产品开发的自主开发能力普遍较弱;著名品牌数量过少;一些关键性化纤原料对进口的依赖性非常高。由于汽车内饰面料的个性化要求,对每种规格的原料需求量较小,批量小、难度大、成本高,这些都增加了面料开发难度。
 
车用内饰的未来发展方向
 
未来汽车内装饰材料的发展方向有以下两个方面。
一方面,采用天然纤维资源开发汽车内饰非织造布。国外汽车内饰材料开发研究方面的趋势是在汽车内饰结构材料方面(如车顶篷、车门内饰板及行李箱盖板等),重视采用麻类天然纤维。采用天然纤维的热塑性或热固性模压件(如车门板等)已成为欧系轿车的标准配置,每辆轿车所用的天然纤维达5~10kg。作为一种新的加工技术——麻类天然纤维+聚丙烯注射模压技术在未来数年中将呈继续增长的态势。麻类天然纤维在汽车模压内饰件中应用增长的原因在于它可提供生态与经济性更佳以及耐冲击韧性更佳的结构件。
另一方面,开发绿色环保、轻量化、薄型化的非织造布。满足环境保护的需求,开发以节省能源、资源及具有循环再生使用特性的“绿色”内饰材料、单一材质的非织造内饰材料,轻量化、具有更佳吸音隔音性、防沾污、抗菌、消臭、芳香、具有负离子性能的功能性非织造内饰材料,环保型混合动力及电动汽车高性能蓄电池隔膜材料,燃料电池阳极板材料等。从未来环保电动汽车的发展来看,高性能蓄电池隔膜板及燃料电池碳纤维阳极板是汽车用非织造布潜在的市场之一。
汽车内饰纺织品产业就像一个“生态系统”,制造商不仅要解决自身的产品设计、开发、生产问题,还要处理好与上下游产业链的关系,加强与同行的协作。在专家们看来,面对日新月异、动态变化的汽车用纺织品行业,由“独立”向“协作”的商业模式转型已经成为应对行业发展趋势的重要手段。
目前,我国的汽车技术以引进为主,自主品牌很少。引进的技术也以成套为主,包括汽车内饰产品,这种技术需求的现状,客观地造成了内饰企业对内饰产品的开发大多仅停留在模仿上,造成车用高档面料的开发能力不足,因此,汽车用非织造材料生产企业要从以下几方面努力。
加大技术与设备投入。在高强度复合材料、高性能汽车过滤材料及电动汽车电池隔膜材料等带有前瞻性的基础材料研究及影响车用材料工业未来发展的关键性技术上下工夫。
致力于环保型车用非织造材料的开发。企业除要考虑车用内饰材料基本性能要求的同时,还要考虑杜绝产品中还有甲苯、甲醛等有害物质及刺激性气味,致力于生产绿色环保汽车内饰材料。
解决汽车用非织造材料的可循环利用问题。欧盟法律要求汽车材料部分必须是可回收的,2006年汽车的回收率要求已达到80%,到2015年将达到85%,这意味着用于汽车的非织造材料也必须是可回收的。现阶段我国的车用非织造材料及其下脚料尚未达到这些要求。因此,开发热熔纤维等新型纤维及工艺代替传统上胶工艺,也是实现车用非织造材料可回收的途径之一。虽然一些非织造布生产企业还没有完全转向生产可回收车用产品,但是专家认为未来几年这将是发展趋势。非织造材料的可回收性不但有利于汽车工业,同时还因生产过程中无须上胶等污染环节,而使生产过程更安全。
制定和出台相关国家标准和行业标准。配合国家及行业相关部门,完善汽车用非织造材料的标准体系,从而加快企业的开发周期。
整合是迎接日益全球化市场挑战的关键战略。上下游企业的技术联合与优势互补是打造全球化生产基地的途径之一。据有关部门预测,已经在今年3月成为汽车生产消费第一大国的中国,2015年的汽车保有量将达到3100万~3315万辆,所需要的汽车内饰材料可达26.73万吨。因此汽车内饰生产企业积极寻求与汽车生产企业间的合作,无疑将在供需两个层面上促进汽车内饰纺织品行业的整体提升。
 
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