CN104309234A - 一种汽车顶棚及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汽车顶棚及其制造方法，该汽车顶棚包括依次层叠的面料层、缝编无纺布层和顶棚基材层，其中，所述顶棚基材层由纤维材料制成，所述纤维材料含有聚乙烯、聚丙烯和玻璃纤维。与现有的由泡沫材料和玻纤毡制成的顶棚基材相比，本发明的顶棚基材具有阻燃性高和乙醛排放量低的特点，能够减少汽车顶棚在车内有害物质的排放，从而改善了乘车环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车顶棚及其制造方法。
背景技术
随着当前汽车内饰行业越来越趋向于高性能、环保型、低碳、低VOC的发展趋势，对汽车顶棚的要求也越来越高。汽车顶棚产品除了具有提高车内装饰性的作用外，还起隔音、吸音和隔热的作用。
汽车顶棚一般是由面料、玻纤毡、泡沫材料和无纺布复合而成。其中，依次层叠的玻纤毡、泡沫层和玻纤毡制成了汽车的顶棚基材，面料与玻纤毡之间使用的软泡材料粘结剂通过火焰复合法熔融后形成泡绵。顶棚面料由面料和泡绵制成从而实现了与顶棚基材的粘结。
虽然泡沫材料能起到隔音、吸音和隔热的作用，但由于制备泡沫材料原料的限制，一方面其自身的VOC排放量较高，尤其是乙醛检测含量通常在11μg/m2，作为顶棚基材的主要组成也无法有效控制其含量，导致顶棚产品的总成VOC含量居高不下；另一方面其燃烧速度通常大于180mm/min，为了满足汽车顶棚的阻燃要求，通常需要其他层的材料具有较高的阻燃性或在泡沫材料中加入阻燃剂，这无疑增加了汽车顶棚的制造成本。另外，泡沫材料不可回收的特点会进一步加重环境负担。
另外，在汽车顶棚的制备过程中，由于泡沫材料发泡均匀度不易控制，会使顶棚基材密度不均，在产品的成型过程中容易产生缺陷，导致产品合格率低同时降低生产效率。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种新的汽车顶棚，以实现降低汽车顶棚VOC的目的。
为达到上述目的，本发明提供了一种汽车顶棚，该汽车顶棚包括依次层叠的面料层、缝编无纺布层和顶棚基材层，其中，所述顶棚基材层由纤维材料制成，所述纤维材料含有聚乙烯、聚丙烯和玻璃纤维。
本发明的汽车顶棚在满足阻燃性要求(燃烧速度在100mm/min以下)的情况下具有更低的乙醛排放量，能够减少汽车顶棚在车内有害物质的排放，改善乘车环境。具体地，本发明的汽车顶棚的乙醛排放量在80μg/m2以下，而现有的以泡沫材料为顶棚基材的汽车顶棚中，乙醛的排放量在130μg/m2以上。
本发明的另一目的在于提高汽车顶棚的生产合格率和生产效率。为达到该目的，本发明还提供了一种汽车顶棚的制造方法，该方法包括：将用于形成面料层、缝编无纺布层和顶棚基材层的材料覆胶后依次叠置，然后进行模压，其中，形成所述顶棚基材层的材料为纤维材料，所述纤维材料含有聚乙烯、聚丙烯和玻璃纤维。
本发明的制造方法中，所使用的顶棚基材是由纤维材料制成的，该方法能够省去泡沫材料与纤维毡复合的工序，从而提高了生产效率；另外，在与顶棚面料进行模压的过程中，纤维材料中的聚乙烯熔融后能够实现与顶棚面料的粘结，使产品的成型性能好，合格率高。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为根据本发明的一种实施方式的汽车顶棚的结构图。
附图标记说明
1-无纺布层，2-顶棚基材层，3-缝编无纺布层，4-面料层。
具体实施方式
根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种汽车顶棚，该汽车顶棚包括依次层叠的面料层、缝编无纺布层和顶棚基材层，其中，所述顶棚基材层由纤维材料制成，所述纤维材料含有聚乙烯、聚丙烯和玻璃纤维。
本发明中，所述聚乙烯可以为现有的各种能够制成聚乙烯纤维的材料。通常所述聚乙烯的密度可以为0.95-0.98g/cm3，在190℃、5kg下的熔融指数可以为0.9-1.2g/10min，熔点可以为100-110℃。与所述聚丙烯和玻璃纤维相比，所述聚乙烯的熔点较低，因此在制备所述汽车顶棚时，能够熔融以起到粘结所述顶棚基材与顶棚面料的作用。同时，所述聚乙烯还能进一步提高所述汽车顶棚的柔软性。本发明中，熔融指数均根据ASTM D1238-13的方法测定。
根据本发明，所述聚乙烯可以通过在烯烃聚合条件下，在Ziegler-Natta催化剂存在下，使乙烯单体进行均聚或与其它α-烯烃单体进行共聚制得，也可以通过商购获得，例如可以购自上海俊尔新材料有限公司。所述聚乙烯的具体制备方法为本领域常规的选择，在此不再赘述。
本发明中，所述聚丙烯可以为任何具有可纺性的均聚聚丙烯或共聚聚丙烯。通常所述聚丙烯在230℃、2.16kg下的熔融指数可以为7-10g/10min。与所述聚乙烯相比，所述聚丙烯的熔点较高，通常可以为165-176℃。在制备所述汽车顶棚的过程中，当所述聚乙烯熔融时，所述聚丙烯可以保持固体状态，提供所述汽车顶棚的强度。
根据本发明，所述聚丙烯也可以通过在烯烃聚合条件下，在Ziegler-Natta催化剂存在下，使丙烯单体进行均聚或与其它α-烯烃单体进行共聚制得。一般地，以Ziegler-Natta催化剂制得的所述聚丙烯的等规度可以在95％以上，灰分在0.05％以下。另外，所述聚丙烯可以通过商购获得，例如，购自上海俊尔新材料有限公司的牌号为P1M2R-GL的产品。
为了提高所述汽车顶棚的耐热性和阻燃性，同时降低所聚丙烯在成型过程中的热收缩性，所述纤维材料中还含有玻璃纤维。另外，所述玻璃纤维还能进一步提高所述汽车顶棚的拉伸强度、弹性系数和拒水性。
本发明对所述玻璃纤维的种类没有特别地限定，可以根据所述汽车顶棚的应用条件进行选择，例如，所述玻璃纤维可以选自无碱玻璃纤维和/或中碱玻璃纤维。在所述纤维材料中，玻璃纤维的长度通常可以在0.2mm以上。
根据本发明，为了使所述玻璃纤维能够均匀分散在所述聚丙烯中，优选所述纤维材料还含有马来酸酐接枝聚丙烯。
从保证顶棚基材性能并降低制造成本的角度出发，进一步优选地，所述纤维材料中，以纤维材料的总量为基准，聚乙烯的含量为8-10重量％，聚丙烯的含量为70-80重量％，玻璃纤维的含量为10-15重量％，马来酸酐接枝聚丙烯的含量为2-5重量％。
根据本发明，所述纤维材料可以参照现有技术制得。例如，将玻璃纤维增强的聚丙烯粒料、聚乙烯在两台完全独立的螺杆挤压机中熔融挤压，然后按照所需的比例(例如利用计量泵计量)送入复合纺丝组件中进行纺丝，从复合纺丝组件的喷丝孔挤出的复合长丝经冷却(如利用侧吹风的冷空气冷却)后进行气流拉伸、分丝，得到所述纤维材料。其中，所述玻璃纤维增强的聚丙烯粒料的制备过程可以包括：将马来酸酐接枝聚丙烯与所述聚丙烯在高速混合机中混合，将得到的混合料加入双螺杆挤出机进行熔融，期间将熔融后的混合料与所述玻璃纤维进行共混，然后挤出、牵引、冷却并切粒。
根据本发明，所述纤维材料按照GB8410-2006的方法测得的燃烧速度在100mm/min以下，按照GB 3399-1982方法测得的热传导系数不大于0.040(W/m·K)，按照GB/T 27630-2011方法测得的乙醛排放量在7ug/m2以下，符合顶棚总成的使用标准。
根据本发明，所述缝编无纺布层能够起到连接所述面料层与所述顶棚基材层的作用。本发明的发明人在研究过程中发现，与现有技术中起连接面料层与顶棚基材层作用的泡绵相比，缝编无纺布能进一步降低所述汽车顶棚的乙醛排放量。
根据本发明，制成所述面料层的材料(即，面料)可以选自无纺布、机织布、热塑性聚烯烃类(TPO)或PVC膜。其中，所述机织布可以选自腈纶和/或涤纶。
根据本发明，制成所述缝编无纺布层的材料(即，缝编无纺布)为干法无纺布的一种，是通过缝编法利用经纬线圈结构对纤网、纺纱层、非纺织材料(例如塑料薄片、塑料薄金属箔)或它们的组合进行加工所形成的无纺布。
根据本发明，为了实现所述汽车顶棚与汽车顶盖的连接，该汽车顶棚还包括层叠在所述顶棚基材层的另一个表面的无纺布层。所述无纺布层可以由本领域常规的作为汽车顶棚底衬的无纺布制成，例如，可以由水刺无纺布或热扎无纺布制成。优选所述无纺布层由水刺无纺布制成。
图1是本发明的一种实施方式的汽车顶棚的结构图，如图所示，所述汽车顶棚包括依次层叠的作为底衬的无纺布层1、由所述纤维材料制成的顶棚基材层2、缝编无纺布层3和面料层4。
所述顶棚基材层的厚度可以参照现有技术中的顶棚基材进行选择。根据本发明的一种优选实施方式，所述面料层、缝编无纺布层、顶棚基材层、无纺布层的厚度比为1：2-3：5-6：0.8-1。优选地，顶棚基材层的厚度为5-6mm。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种汽车顶棚的制造方法，该方法包括：将用于形成面料层、缝编无纺布层和顶棚基材层的材料覆胶后依次叠置，然后进行模压，其中，形成所述顶棚基材层的材料为纤维材料，所述纤维材料含有聚乙烯、聚丙烯和玻璃纤维。
优选地，所述纤维材料还含有马来酸酐接枝聚丙烯。
更优选地，所述纤维材料中，以纤维材料的总量为基准，聚乙烯的含量为8-10重量％，聚丙烯的含量为70-80重量％，玻璃纤维的含量为10-15重量％，马来酸酐接枝聚丙烯的含量为2-5重量％。
所述聚乙烯、聚丙烯、玻璃纤维、马来酸酐接枝聚丙烯以及所述纤维材料的制备方法均分别与上述描述相同，在此不再赘述。
根据本发明的制造方法，将用于形成面料层、缝编无纺布层和顶棚基材层的材料覆胶然后依次叠置的过程可以包括：首先将用于形成面料层的材料(面料)、形成缝编无纺布层的材料(缝编无纺布)覆胶并叠置，得到复合面料；然后将该复合面料与覆胶后的用于形成顶棚基材层的材料(纤维材料)叠置。
所述面料、缝编无纺布分别与上述描述的相同，在此不再赘述。
根据本发明的制造方法，将所述面料、缝编无纺布覆胶并叠置(即，复合)的过程可以包括：将刷有胶水的辊子在缝编无纺布上进行辊胶，然后将所述面料粘结在缝编无纺布上，进行烘干或晾干。所述过程可以在辊胶机上进行。
根据本发明的制造方法，对所述纤维材料覆胶的过程可以包括：对所述纤维材料的表面进行喷胶。所述喷胶可以在纤维材料的一个表面上进行，以使所述模压后，所述缝编无纺布层层叠在所述纤维材料的一个表面上。
根据本发明的制造方法，为了制得无纺布作为底衬的所述汽车顶棚，所述方法还可以包括：在模压前，将所述覆胶后的纤维材料的另一个表面与无纺布层叠置，以实现所述无纺布层同时与所述复合面料、纤维材料的模压，进一步实现使所述无纺布层层叠在所述纤维材料的另一个表面上的目的。其中，所述叠置前，可以对所述纤维材料的另一个表面进行喷胶。
根据本发明的一种实施方式，对所述纤维材料的两个表面喷胶的过程可以同时进行。
根据本发明的制造方法，所述无纺布层可以由水刺无纺布或热扎无纺布制成，优选由水刺无纺布制成。
本发明中，所述喷胶可以通过喷胶机器人自动喷胶实现，所述模压可以在成型压机上进行。
优选地，所述模压在温度为130-150℃、压力为10-20MPa的条件下进行。
根据本发明的制造方法，所述喷胶使用的胶水与所述辊胶使用的胶水的种类相同或不同，各自优选为水基胶粘剂。所述水基胶粘剂可以选自水基丙烯酸酯胶、水基聚氨酯胶和水基环氧树脂胶中的一种或多种。
在本发明的一种优选实施方式中，所述喷胶使用的胶水与所述辊胶使用的胶水的种类相同，均选自固含量为35-40％的水分散型聚氨酯胶。其中，所述辊胶时，所述水分散型聚氨酯胶的用量可以为15-20g/m2；对所述纤维材料进行喷胶时，所述水分散型聚氨酯胶的用量可以为25-30g/m2。
根据本发明的制造方法，所述纤维材料在成型压机中模具的时间通常不大于50秒。
根据本发明的制造方法，为了获得所述汽车顶棚产品，所述方法还可以包括将模压后的产品进行切割，所述切割可以在机器人高压水切割设备上进行，所述切割的过程可以包括：将模压后的产品放置到切割台上，按设定程序对产品的毛边和孔位进行切割。
根据本发明的一种实施方式，所述汽车顶棚的制造过程可以包括：
a、在辊胶机上，将刷有胶水的辊子在缝编无纺布上进行辊胶，将面料粘结在缝编无纺布上，然后烘干或晾干，得到复合面料。
b、首先在喷胶房中使用机器人在纤维材料的两个表面自动喷胶，然后在室温晾干；
c、利用成型压机将喷胶后的纤维材料与复合面料、水刺无纺布在130-150℃、10-20MPa的条件下进行模压，其中，缝编无纺布、水刺无纺布分别与所述纤维材料的两个表面接触；
d、在机器人高压水切割设备上，将模压后的产品放到切割台上，按设定程序进行切割。
优选本发明的制造方法制得的汽车顶棚中，所述面料层、缝编无纺布层、顶棚基材层、无纺布层的厚度比为1：2-3：5-6：0.8-1。优选地，顶棚基材层的厚度为5-6mm。
本发明的制造方法中，所使用的顶棚基材是由纤维材料制成的，该方法能够省去泡沫材料与纤维毡复合的工序，从而提高了生产效率；另外，在制备过程中，纤维材料中的聚乙烯熔融后能够实现与顶棚面料的粘结，使产品的成型性能好，合格率高。
以下通过实施例对本发明作进一步说明。
以下制备例中，聚乙烯购自上海俊尔新材料有限公司，(密度为0.95g/cm3，熔点为105℃，在190℃、5kg下的熔融指数为1g/10min)。
聚丙烯购自上海俊尔新材料有限公司，(熔点为170℃，在230℃、2.16kg的熔融指数为8g/10min)。
马来酸酐接枝聚丙烯购自上海俊尔新材料有限公司。
中碱玻璃纤维购自山东肥城三英公司。
制备例中的步骤(2)在威海鸿翔公司研制的自动生产线上进行。
以下实施例中，面料为机织布，购自宏达高科股份有限公司，厚度为1mm；缝编无纺布购自湖州德诺沃新材料有限公司，厚度为3mm；水刺无纺布购自常州博翔有限公司，厚度为1mm；水分散型聚氨酯胶购自上海汉司，固含量为37％。
汽车顶棚的燃烧速度按照GB8410-2006的方法进行测试；热传导系数按照GB 3399-1982方法测试；乙醛排放量根据GB/T 27630-2011方法进行测试；弯曲强度的测试方法为：裁取50mm×150mm(宽度×长度)的样品，将样品在WDW-10万能试验机上进行弯曲强度测试：跨度为100mm，试验速度为50mm/min。
制备例1-3
制备例1-3用于说明本发明的纤维材料的制造方法。
(1)制备玻璃纤维增强的聚丙烯粒料
将马来酸酐接枝聚丙烯与聚丙烯以一定质量比在高速混合机中混合，将得到的混合料加入双螺杆挤出机(型号为ZC-65D，产自南京市欣辉机械有限公司)于180℃熔融，并将熔融后的混合料与一定质量的中碱玻璃纤维在双螺杆挤出机第四区进行混合，使玻璃纤维预热并分散，然后在牵引机(型号为SA-YQ30，产自上海斯瑞曼工业装备技术有限公司)作用下使物料进入模头(模口直径为100mm)，控制牵引速度为180m/min，经冷却、切粒，得到玻璃纤维增强的聚丙烯粒料。
(2)制备纤维材料
将玻璃纤维增强的聚丙烯粒料、聚乙烯分别进行切片后，在两台独立的螺杆挤压机上分别于110℃、190℃熔融挤压后，经过计量泵以一定质量比送入复合纺丝组件于190℃进行纺丝，从喷丝孔挤出的复合长丝经侧吹风的冷空气冷却，然后在拉伸速度为3000m/min的条件下进行气流拉伸，最后进行分丝、铺网形成所述纤维材料F1-F3。
根据制备例1-3物料的用量计算得到的纤维材料F1-F3的主要组分的质量含量如表1所示。
表1
实施例1
本实施例用于说明本发明的汽车顶棚及其制造方法。
(1)在辊胶机上，用刷有水分散型聚氨酯胶的辊子在缝编无纺布上涂覆，胶水的用量为15g/m2，然后将面料与缝编无纺布进行粘结，烘干后，制成复合面料。
(2)将制备例1的纤维材料F1加热软化后在模具中受压冷却后成型为板材。在喷胶房中使用机器人在成型的纤维材料F1(顶棚基材)的两个表面自动喷涂水分散型聚氨酯胶，胶水的用量为25g/m2，喷涂结束后，烘干。
(3)利用成型压机将喷胶后的顶棚基材与复合面料、水刺无纺布在温度为140℃、压力为15MPa的条件下进行模压，使缝编无纺布、水刺无纺布分别层叠在顶棚基材的两个表面上。
(4)切割：在机器人高压水切割设备上(型号为IRM2400，产自北京博兴公司)将步骤(3)的产品放到切割台上按照设定程序利用机器人进行切割。从而制得汽车顶棚A1。该汽车顶棚中，顶棚基材的厚度为6mm。汽车顶棚A1的性质如表2所示。
实施例2
本实施例用于说明本发明的汽车顶棚及其制造方法。
(1)在辊胶机设备上，用刷有水分散型聚氨酯胶的辊子在缝编无纺布上涂覆，胶水的用量为18g/m2，然后将面料与缝编无纺布进行粘结，烘干后，制成复合面料。
(2)将制备例2的纤维材料F2加热软化后在模具中受压冷却后成型为板材。在喷胶房中使用机器人在成型的纤维材料F2(顶棚基材)的两个表面自动喷涂水分散型聚氨酯胶，胶水的用量为28g/m2，喷涂结束后，烘干。
(3)利用成型压机将喷胶后的顶棚基材与复合面料、水刺无纺布在温度为135℃、压力为15MPa的条件下进行模压，使缝编无纺布、水刺无纺布分别层叠在顶棚基材的两个表面上。
(4)采用与实施例1相同的方法对步骤(3)的产品进行切割。从而制得汽车顶棚A2。该汽车顶棚中，顶棚基材的厚度为6mm。汽车顶棚A2的性质如表2所示。
实施例3
本实施例用于说明本发明的汽车顶棚及其制造方法。
(1)在辊胶机设备上，用刷有水分散型聚氨酯胶的辊子在缝编无纺布上涂覆，胶水的用量为20g/m2，然后将面料与缝编无纺布进行粘结，烘干后，制成复合面料。
(2)将制备例3的纤维材料F3加热软化后在模具中受压冷却后成型为板材。在喷胶房中使用机器人在成型的纤维材料F3(顶棚基材)的两个表面自动喷涂水分散型聚氨酯胶，胶水的用量为30g/m2，喷涂结束后，烘干。
(3)利用成型压机将喷胶后的顶棚基材与复合面料、水刺无纺布在温度为145℃、压力为12MPa的条件下进行模压，使缝编无纺布、水刺无纺布分别层叠在顶棚基材的两个表面上。
(4)采用与实施例1相同的方法对步骤(3)的产品进行切割。从而制得汽车顶棚A3。该汽车顶棚中，顶棚基材的厚度为6mm。汽车顶棚A3的性质如表2所示。
表2
| 汽车顶棚 | A1 | A2 | A3 |
| 燃烧速度(mm/min) | 85 | 92 | 88 |
| 弯曲强度(N/50mm) | 30 | 29 | 32 |
| 导热系数(W/m·K) | 0.039 | 0.037 | 0.040 |
| 乙醛排放量(μg/m2) | 69 | 65 | 70 |
由表2的数据可以看出，与现有的主要以泡沫材料为基材的汽车顶棚相比，本发明的汽车顶棚具有乙醛排放量低，并能满足阻燃性的特点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种汽车顶棚，该汽车顶棚包括依次层叠的面料层、缝编无纺布层和顶棚基材层，其特征在于，所述顶棚基材层由纤维材料制成，所述纤维材料含有聚乙烯、聚丙烯和玻璃纤维。
2.根据权利要求1所述的汽车顶棚，其中，所述纤维材料还含有马来酸酐接枝聚丙烯。
3.根据权利要求2所述的汽车顶棚，其中，所述纤维材料中，以纤维材料的总量为基准，聚乙烯的含量为8-10重量％，聚丙烯的含量为70-80重量％，玻璃纤维的含量为10-15重量％，马来酸酐接枝聚丙烯的含量为2-5重量％。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的汽车顶棚，其中，该汽车顶棚还包括层叠在所述顶棚基材层的另一个表面的无纺布层，所述无纺布层由水刺无纺布制成。
5.根据权利要求4所述的汽车顶棚，其中，所述面料层、缝编无纺布层、顶棚基材层、无纺布层的厚度比为1：2-3：5-6：0.8-1。
6.一种汽车顶棚的制造方法，该方法包括：将用于形成面料层、缝编无纺布层和顶棚基材层的材料覆胶后依次叠置，然后进行模压，其特征在于，形成所述顶棚基材层的材料为纤维材料，所述纤维材料含有聚乙烯、聚丙烯和玻璃纤维。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述纤维材料还含有马来酸酐接枝聚丙烯。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述纤维材料中，以纤维材料的总量为基准，聚乙烯的含量为8-10重量％，聚丙烯的含量为70-80重量％，玻璃纤维的含量为10-15重量％，马来酸酐接枝聚丙烯的含量为2-5重量％。
9.根据权利要求6-8中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括：在模压前，将所述覆胶后的形成顶棚基材的材料的另一个表面与无纺布层叠置，所述无纺布层由水刺无纺布制成。
10.根据权利要求6-8中任意一项所述的方法，其中，所述模压在温度为130-150℃、压力为10-20MPa的条件下进行。
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