汽車内飾用軟觸感材料及觸感表征的研究進展

來源 | 工程塑膠應用

摘要：研究開發軟觸感材料對提升汽車内飾材料的觸感性能具有重要意義，對目前汽車儀表闆區和座椅表皮區内用軟觸感聚丙烯和軟觸感超纖皮革材料的研究進展進行了綜述，并對其發展方向進行了展望，指出軟觸感 PP 正向着兼具優異的力學性能、高觸感性、環保性、抗菌性等多功能性方向發展，超纖皮革未來的研究方向也是向着環保安全、抗菌、阻燃等多功能性。同時，對目前材料的觸感表征方法進行了簡單總結。

随着國民經濟的發展，汽車在人們的日常生活中越來越大衆化。同時，随着生活品質的提高，消費者對汽車内飾材料的高觸感性要求也越來越高。汽車内飾材料主要是指用在汽車駕駛艙内部零件上的、涉及到汽車内飾表面感覺的零件，比如儀表闆、副儀表闆、座椅表皮、頂棚、門飾闆等。此類型的内飾材料是與人們接觸較多的區域，其觸感直接影響車内的感覺品質和消費者的駕乘體驗。

是以，研究軟觸感的汽車用内飾材料、改進對軟觸感汽車内飾材料的評價方法， 對于促進汽車内飾材料的發展和汽車品質的提升都具有重要意義。筆者主要對汽車儀表闆區和座椅表皮區的軟觸感材料及觸感表征方法進行評述，并對軟觸感未來的發展進行展望。

1 軟觸感内飾材料進展

儀表闆區和座椅表皮材料是汽車中直接與消費者接觸最多的内飾材料，為了營造良好的内飾氛圍和使用體驗，目前，應用于儀表闆區和座椅表皮的高觸感内飾材料得到了廣泛研究。

1.1 軟觸感聚丙烯

聚丙烯 (PP) 由于具有密度低、來源廣、價格低、耐高溫、耐腐蝕、無毒無味、易加工改性等優點被廣泛用作汽車内飾材料。随着 PP 改性技術的發展，迄今 PP 已成為汽車用塑膠中比例最大的通用塑膠品種 [1]，在部分發達國家車用塑膠占比例已高達 50% 左右。汽車儀表闆是汽車中表面積較大， 與人體接觸較多的内飾件之一。

目前，中低檔車大多采用傳統的硬質儀表闆，即傳統 PP 直接注塑成型，這類儀表闆其表面光澤度高，塑膠質感強，不能給人以柔軟的觸感。而在高端豪華車型中，大多使用的是柔軟觸感較好的具有三層結構的軟質發泡儀表闆 ( 軟質表皮 + 發泡芯層 + 骨架構成 )，但 這種儀表闆成型工藝複雜且價格昂貴。是以，直接通過配方設計改性，賦予 PP 軟觸感，再一次注射成型制備具有軟觸感的儀表闆等内飾件是目前制備汽車用軟觸感内飾材料一種新的解決方案，備受 PP 改性行業和汽車行業的關注。

傅轶等 [2] 以無規共聚 PP 和丙烯基聚烯烴彈性體為原料，通過雙螺杆共混擠出制備了一系列玻璃纖維增強的柔軟觸感 PP 材料，實作了 PP 力學性能提高的同時兼具耐刮擦和軟觸感的性能。K. Kondo 等 [3] 向特殊的茂金屬催化劑制備的 PP 中加入小分子酰胺類化合物也制備了一種耐刮擦、軟觸感玻璃纖維增強 PP。

周雲國等 [4] 通過向 PP 基體中加入适當比例的彈性體和短切玻璃纖維，利用雙螺杆擠出機制備得到一種增強的汽車儀表闆專用 PP 材料，其具有表觀上的柔軟觸感，兼具高剛性以及優異的常溫和低溫沖擊強度。

由于塑膠制件的柔軟觸感可分為視覺觸感和手觸感兩方面。具體可描述為視線接觸時制品的低光澤度賦予材料的柔軟感覺，以及用手觸摸時制品表面具有一定的柔軟度。是以，研究者們在提升汽車内飾用 PP 材料手觸感柔軟性的同時也更加關注其視覺觸感的提升，進而達到更高層次的軟觸感性。

石陽陽等 [5] 采用加成型液體矽橡膠對短切玻璃纖維表面潤濕，再與 PP 共混擠出，在熔融擠出過程中，裸露在短切玻璃纖維表面的加成型液體矽橡膠的乙烯基在引發劑的作用下，與 PP 鍊段發生接枝反應，互相纏結，兩相達到互溶狀态，進而降低複合材料的表面硬度和表面光澤度，賦予PP 複合材料極好的軟觸感。

同時，加成型液體矽橡膠一端連接配接短切纖維，另一端連接配接 PP 鍊段，改善玻璃纖維與 PP 界面附着力，顯著提高複合材料的力學性能，其拉伸強度可達23 MPa 以上，彎曲彈性模量可達 1 600 MPa 以上，懸臂梁缺口沖擊強度可達 25 kJ／m2 以上，具有極高的剛韌平衡。石陽陽等 [6] 還采用另一種方案同樣制備出了一種适用于汽車内飾的剛韌平衡、具有良好耐刮性、低光澤、低翹曲的軟觸感PP 複合材料。

他們采用的是一種由柔軟的聚氨酯 (PUR) 彈性體微球構成的絨毛粉作為軟觸感改性劑，這種絨毛粉具有橡膠彈性，且耐熱、耐溶劑、抗酸堿并具有優異的耐刮擦性， 與橡膠相比具有更好的相容性，并賦予表面産生絲柔般絨毛手感，利用絨毛粉的絨毛手感及彈性體的特質能有效降低PP 的塑膠感，進而在視覺和觸覺上實作“柔軟觸感”。

王濱等 [7] 也制備了一種高質感的汽車内飾材料，他們通過強剪切、超高速拉伸方法實作 PP 取向成纖，大幅提高了原有 PP 材料的強度、剛性、韌性和耐熱性，同時利用高剪切分散實作了高彈體在體系中的良好分散，獲得了表面柔軟觸感、低光澤度，消除制品硬塑感的特性。

随着汽車工業的發展，車内的揮發性有害物質、潮濕天氣塑膠内飾易發黴等問題也引起了人們的關注。是以，制備兼具優異的力學性能、環保性、抗菌性等多功能性的軟觸感材料成為目前汽車内飾行業的熱點研究方向。陳萌等 [8] 通過選用低密度聚乙烯 (PE–LD) 和聚烯烴彈性體 (POE) 增韌劑共同對 PP 改性，在控制 PP、增韌劑和玻璃纖維三者的适當比例後，實作了改性 PP 在視覺和觸覺上的軟觸感性。

同時，在複合材料擠出過程中通過加入麥羟矽鈉石和沸石混合制備的 VOC 吸附劑，有效吸附原材料加工過程中産生的小分子物質，達到低 VOC 的性能名額，進而得到了一種應用于汽車内飾的低 VOC、軟觸感玻璃纖維增強 PP 複合材料。

劉榮亮等 [9] 在無堿短切扁平玻璃纖維和乙丙共聚物改性 PP 的過程中加入乙烯與丙烯酸甲酯的超支化共聚物與含有納米級氧化鋁和銳钛型納米二氧化钛的複合抗菌劑，在擠出過程中利用超支化共聚物和扁平短切纖維的互相促進作用使複合抗菌劑均勻分布在 PP 基體中，進而制備得到一種力學性能優異且具有抗菌性的用于汽車内飾的柔軟觸感 PP 複合材料。其大腸杆菌抑菌率和金黃色葡萄球菌抑菌率最高可分别達到 93.3% 和 96.5%。黃觀等 [10] 也通過在軟觸感 PP 的制備過程中加入相應比例的抗菌劑得到了一種力學性能提高的同時具有良好耐刮擦和抗菌性的軟觸感 PP 複合材料。

1.2 軟觸感皮革材料

作為汽車内飾的主要材料——座椅皮革材料，在汽車内飾中占有很大比例。并且座椅皮革材料和人體長期接觸， 是以對其觸感舒适性和環保性要求更高。以前中、高檔車型的座椅為達到觸感舒适性普遍采用天然皮革包覆，但由于天然皮革價格昂貴、資源有限，并且加工過程不利環保。是以， 行業研究者一直在積極尋找一種新型環保舒适的人造複合材料來代替天然皮革應用于汽車座椅表皮材料。

随着以聚氯乙烯 (PVC) 塗覆的人造革的出現，PVC 人造革開始替代天然皮革應用于汽車座椅皮革材料領域。PVC 人造革雖然具有天然皮革般的外觀鮮豔、耐磨、耐折、耐酸堿等特點，但柔軟觸感性差是其明顯的缺陷，需要加入增塑劑來提升軟觸感，但大多增塑劑有毒，加入後氣味較大，且使用後的 PVC 人造革垃圾處理和回收困難，是以 PVC 革在汽車内飾的應用受到限制 [11]。

随着 PUR 合成革的出現，由于 PUR 合成革具有環保、無氣味、手感柔軟、透氣防水、易清洗、耐老化性好、外觀和性能均接近天然皮革等優點，PUR 合成革已經逐漸取代 PVC 人造革在汽車内飾中的應用，且趨向于高性能的 PUR 合成革發展。目前，随着紡織行業超細纖維技術的迅速發展，并結合高性能 PUR 革技術，一種被稱為超纖皮革的新型環保材料已成為迄今最理想的汽車内飾用高觸感皮革材料。

這種皮革不僅實體性能完全超過天然皮革，而且透氣、透濕和舒适性上也完全超越天然皮革。在國外，尤其是日本和歐洲已經在逐漸使用這種新型人工皮革材料來替代天然皮革。目前寶馬汽車、奔馳汽車、豐田汽車、本田汽車等多種車型都配置了汽車專用超纖皮革。

超纖皮革是超細纖維 PUR 合成皮革的簡稱，它是采用與天然皮革中束狀膠原纖維結構及性能相似的超細纖維制成具有三維網絡結構的高密度非織造布，再填充性能優異、具有開式微孔結構的 PUR 樹脂加工處理而成。這種超纖皮革在外觀、力學強度、彈性、耐化學物質穩定性方面都與天然皮革十分相似，手感非常好。目前，針對汽車專用超纖革研究者們也做了相應研究。

黃小平 [12] 以水替代有機溶劑作為塗層溶劑，制備了一種質感與真皮相似、柔軟平滑、彈性好， 同時具有使用性能優異、強度好、防水性和耐水解性強的汽車内飾用水性 PUR 超纖革。錢曉明等 [13] 采用針刺、水刺複合開纖工藝和表面刮塗技術，生産了一種桔瓣型超細纖維仿真皮革基布，其具備纖維細度和水性 PUR 含浸量在非織造布内部的梯度變化，與真皮基闆的結構極其相近，具有良好的手感、垂感和質感。

随着人們生活品質的提高，以及健康、安全意識的增強，人們在追求汽車内飾皮革材料舒适觸感性的同時也更加關注内飾材料的安全、環保、健康危害等問題， 是以功能化、綠色環保也成為超纖皮革的研發重點。王美瑞等 [14] 公開了一種水性無溶劑 PUR 超細纖維仿真皮革的制備方法，其采用水性 PUR 樹脂面料和中料，與無溶劑 PUR 樹脂料粘結，再與不同厚度的超纖貝斯貼合，制備得到的超纖革手感柔軟有彈性，具有極強的真皮質感。

陳峻等 [15] 也公開了一種用于汽車内飾的手感良好的超纖 PUR 高仿真皮革材料的制備方法，他們兩次浸漬均使用的是環保的水性PUR，并且在第一次合成革基布浸漬中通過添加納米氫氧化鎂和金紅石钛白色漿等耐堿成配置設定合水性 PUR 進行浸漬， 使納米粒子均勻地覆寫在基布的表面以及縫隙中，賦予皮革良好的阻燃、防曬性能。

并且在成型過程中還通過添加适量的松木成分賦予了制備的超纖革一定的抗菌性能。他們最終制備得到的這種汽車内飾用超纖 PUR 皮革不僅具有良好的真皮手感，而且還具有環保、阻燃和抗菌等功能性。丁惠陽等 [16] 通過在濕法含浸 PUR 漿料中加入防污助劑，在上油柔軟液中加入抗菌助劑，當熱定型後的無紡布依次通過濕法含浸、甲苯減量、擴幅上油、鞣皮工序後所制得的不定島超細纖維基布具有特殊的防污抗菌性能。然後經幹法貼面後再進行表面防污印刷，所制得的超纖皮革在具有良好的真皮手感的同時，還具有特殊的全方位防污抗菌功能性。

2 材料觸感表征進展

随着軟觸感内飾材料的研究，如何評價材料的軟觸感性能也成為目前内飾行業面臨的重大問題。在材料的觸感評價方面，一直沿用的傳統感觀評價方法是通過有經驗的專家對材料進行觸摸形成綜合感覺進而評價材料的觸感性能。但是這種傳統的評價方法具有諸多不足，其評價結果容易受到個人的專業技能、個人喜好等主觀因素的影響，以及評價環境氣候條件等客觀因素的影響。其次是該評定方法缺乏客觀的定量評價名額，不能區分各材料之間觸感性能的細微差别，是以需要建立更客觀的方法和系統去表征材料的觸感性能 [17]。

最初應用客觀方法定量評價材料的觸感性能是在紡織行業中，F. T. Peirce 提出織物表面的實體力學特性資料是影響其觸感性能的重要因素，1968 年日本的川端季雄提出利用織物的基本力學性能資料表征織物的觸感性能，并發明了 KES–F 織物評價系統。随後，美國潘甯教授基于前人利用紡織物力學特性資料評價織物觸感研究的方法，利用抽出法開發出 Phabr Ometer 織物觸感評價系統，使織物觸感的客觀表征達到了一個新的高度 [18]。

由于利用織物實體力學特性對紡織物觸感進行客觀表征的方法逐漸在紡織行業中标準化，研究者們對汽車内飾材料的觸感表征研究也開始借鑒這種思想，力求完善發展汽車内飾材料的觸感表征方法。早在 1993 年，蘇真偉等 [19] 就對汽車内飾材料中皮革材料的觸感進行了客觀研究，指出皮革力學性能參數是影響皮革柔軟度評價的重要因素。

2003 年，張曉鐳等 [20] 研究了在頂伸和壓縮等力學狀态下皮革的觸感特性，提出可以通過測定皮革的力學性能來表征其豐滿度和彈性度等觸感特性參數。2006 年，李志強等 [21] 通過研究皮革柔軟度與其抗彎強度和壓縮性能的關系，提出可以利用皮革的彎曲和壓縮性能表征其柔軟觸感的方法，并研發出相關測試儀器。陳敏等 [22] 也通過在标定壓力下測定皮革在伸長狀态和壓縮狀态下的厚度來計算評價其柔軟性，并證明其測試結果與實際樣品相符合。

是以，他們也提出了基于彎曲應力和可壓縮性原理的皮革柔軟度量化表征方法。由于上述表征方法中，大多都是基于單一力學特性參數對皮革的柔軟觸感進行評價，對某些細微的觸感差别可能存在較大誤差。是以，2008 年董繼先等 [23]研究了一種新型的皮革觸感特性參數測試儀器，該儀器可以通過同時測定皮革在拉伸、壓縮、彎曲、頂伸這 4 種狀态下的力學性能，再經多元回歸分析等資料處理，實作皮革觸感特性參數的綜合檢測，可以較全面地間接表征皮革的觸感。

在2010 年，張三等 [24–25] 基于該儀器進行了相關改進，建立了基于 PLC 和 LABVIEW 的皮革觸感特性參數的檢測系統，進一步實作了皮革材料觸感表征的智能化和直覺化。2012 年， 王震等 [26] 也基于前人對皮革觸感的研究結果，選擇皮革的彎曲常數、壓縮指數、頂伸系數、彎曲應力衰減常數以及彎曲應力衰減速率常數為力學特征參數建立了基于 BP 神經網絡模型的皮革觸感表征系統。

同樣，在汽車内飾的其它高分子材料方面，目前也有諸多研究者采用其特定的力學特性參數來表征其觸感。由于在手指接觸材料的實際觸感感覺過程中手指與材料的表面會産生摩擦現象，是以，摩擦特性也是影響觸感表征的重要因素 [27]。是以，在後續的觸感研究中研究者們也相應将摩擦特性納入測試的力學特性範圍。

Covestro 公司針對帶 PUR 塗層的塑膠基材的觸覺感覺與塗層性能進行了研究，他們發現塑膠零部件表面塗層的某些特定高分子實體分析資料( 特别是摩擦特性 ) 與其觸感特性有着緊密的聯系，是以他們進一步研究總結出一種評價塑膠零件表面有 PUR 塗層的觸覺特性的客觀評價方法，即通過測定其表面摩擦系數、變形參數、表面微觀硬度和模量來對帶塗層的材料的觸感進行數值量化。

奧迪公司也在就如何将汽車内飾材料觸感特性主觀的、通常是比較的評估轉化為可測量的資料問題上做了相關研究，并開發出了一套基于材料各種實體特性參數而建立的觸感評價方法。他們的評價方法中包括材料的柔軟感、表面彈性、觸摸／觸碰感和溫度感覺四大特性，其中柔軟感是通過測定材料的剛度來表征；表面彈性是通過力作用後的表面恢複特性來表征；觸摸／觸碰感是通過粗糙度和摩擦特性來表征；溫度感覺是通過測定材料的表面散熱特性來表征。Liu X 等 [28] 也通過利用塑膠件的相關實體特性參數對其觸感特性進行了表征，他們的方法是利用一種新型的摩擦學探針顯微鏡 (TPM) 對材料進行多功能測量。

指出TPM 能夠在一次掃描中測量四種功能，提供材料表面形貌、摩擦特性、拉伸彈性模量和硬度的區域映射。由于 TPM 映射是基于逐點掃描的，是以四個被測函數的值在空間和時間上是互相聯系的，是以可以建立函數之間的互相關系，進而達到表征其觸感的目的。Chen X 等 [29] 的研究也表明觸覺感覺受材料表面實體性質的影響。由于在觸感客觀表征中摩擦特性相對于其它觸感實體特性參數複雜，并且受到的影響因素較多， 是以也有研究者單獨研究摩擦特性與觸覺感覺之間的聯系。

L. Skedung 等 [30] 研究了感覺粗糙度和試樣間摩擦特性的差異，發現摩擦系數越大材料表面粗糙感越強。G. P. Chimata 等 [31] 在鑒别紋理時讨論了摩擦和表面參數的影響，發現材料的紋理感覺是随着表面摩擦系數的改變而存在差異的。

J. D. Ndengue 等 [32] 在研究中指出手指滑動時摩擦引起的振動參數也是觸覺評價中的客觀名額。K. Anne 等 [33] 根據摩擦線索研究了觸覺愉悅感和樣本間感覺的差異，結果表明手指劃過材料表面時的摩擦系數越高，觸覺愉悅感越差。

3 結語

軟觸感 PP 的制備目前主要是通過在玻璃纖維增強 PP 的過程中加入彈性體組分和降低表面光澤度的組分來實作其視覺和觸覺上的軟觸感。随着汽車内飾要求的提高，軟觸感 PP 正向着兼具優異的力學性能、高觸感性、環保性、抗菌性等多功能性方向發展。汽車座椅軟觸感皮革方面，目前主要的研究方向是利用超纖 PUR 皮革來替代真皮的應用，未來的研究方向也是向着環保安全、抗菌、阻燃等多功能性的軟觸感超纖皮革發展。

在軟觸感表征方面，所涉及影響觸感表征的因素主要包括與材料的粗糙感和光滑感密切相關的材料表面摩擦特性；與材料蓬松感、豐滿感和柔軟感相關的壓縮特性；與材料溫和感相關的材料表面散熱特性；以及與材料軟硬感相關的模量、硬度等力學特性參數。目前應用于觸感表征的方法主要是通過測定這些影響觸感評價的材料表面實體特性參數來間接表征其觸感。