王 洪，郭雨菲，高宇剑，胡建新，孙武平

(1.东华大学 纺织面料技术教育部重点实验室，上海，201620；2.浙江明丰实业股份有限公司，浙江台州317200；3.杭州金百合非织造布有限公司，浙江杭州311400)

0 引言

随着人们生活品质的提高，汽车已经成为生活中不可或缺的一部分。 据统计，截止2018 年，我国汽车保有量已达到2.4 亿辆[1]。 当家家户户都拥有了自己的爱车后，汽车的保养问题也随之而来。与此同时，由于土地资源的昂贵，造成了车主们有钱买车，没钱买车库的现状，大量汽车的露天停放为车罩提供了广阔的市场[2]。 车罩作为一种汽车保护产品，是按汽车外形尺寸、利用耐磨柔韧材料制作而成的外罩，能对车漆、车窗及挡风玻璃起到较好的保护作用。 使用车罩不但能够延长车漆使用寿命，使车漆光亮如新，还可预防严寒天气对车辆造成危害以及有效防止坠落物、烟火爆竹等意外因素对车辆的破坏。 另外，车罩还可以降低对车辆及附件的偷窃活动[3]。

聚丙烯(PP)纺粘非织造材料具有手感柔软[4]、不容易划伤车身等优点，是主要的车罩用产品。 作为户外用产品，其耐老化性能非常重要。PP 主链上有碳原子，在热、氧、紫外线等外界因素作用下极易发生化学变化，引起整个大分子链的裂解、支化与交联，使PP 失去高分子材料的特征，丧失其使用性能[5]。 作为一种常用的紫外线屏蔽剂，炭黑常常被加入到PP 中，以提高制品的户外耐老化性能[6]。 如果材料的耐户外老化性能差，随着使用时间的增长，材料会出现明显的光老化现象，物理机械性能产生明显下降，影响使用[7-9]。

由于炭黑等抗户外老化助剂添加均匀性等问题，用作汽车罩产品时，PP 纺粘非织造材料容易出现快速老化等问题。 为了开发新型车罩用非织造材料，本文分别将PE/PET 和PE/PP 双组分短纤维梳理成网后热轧加固，进一步研究其耐老化性能，以期开发出新型车罩用非织造材料。

1 试验内容

1.1 样品制备

本文分别将PE/PET 和PE/PP 双组分短纤维经过机械梳理成网后，再采用热轧加固的工艺制成非织造材料，其样品编号分别为1 号和2 号，其面密度和厚度如表1 所示。 为了进行对比，将当前汽车罩用PP 纺粘非织造材料也列入表1 中，其样品编号为3。

表1 样品基本性能一览表

1.2 性能测试

参考GB/T2423.24—2013《环境试验第2 部分：试验方法试验：模拟地面上的太阳辐射及其试验导则》，使用Q-Lab 公司的QUV/SPRAY 紫外线辐照抗老化箱进行紫外老化试验，模拟加速自然环境下紫外线的连续光照。 具体条件为：光照强度0.89W/m2，循环温度60℃，冷凝循环温度40℃，相对湿度65RH%。

样品拉伸强力及断裂伸长率参照 GB/T3923.1—2013《纺织品织物拉伸性能第1 部分：断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》进行测试。

采用PerkinElmer DSC400 差示扫描量热仪，测试老化前后样品的熔点和热焓变化。

采用差示扫描量热仪，将样品加热到200℃后，将N2切换为O2，测试样品发生放热反应的开始时间，即样品的氧化诱导期(OIT)。 本文测试结果由山东非金属材料研究所测试。

采用PerkinElmer Spectrum Two 傅里叶红外光谱仪，以衰减全反射法(ATR)测试样品老化前后的光谱变化。

2 结果与讨论

2.1 样品老化前后的DSC 分析

DSC 可以用来分析结晶聚合物的熔融结晶性能，并可以在此基础上对样品进行成分剖析和结构变化[10]。 在光、热、湿与氙灯照射模拟老化条件下处理3 种样品，然后测试其老化前后的熔点和热焓变化，结果如表2 所示。

表2 3 种样品老化前后的熔点和热焓

一般来说，PE 的熔点在120℃左右，PP 的熔点在170℃左右，而PET 的熔点在250℃左右[11]。从表2 的结果可以看出，3 种样品的纤维组成与厂商告知信息一致。 样品1 老化前后的熔点变化不大，但皮层和芯层的热焓都明显下降，说明皮层和芯层的结晶度都发生了明显的下降。 对于样品2来说，老化后PP 熔点不明显，仅剩下聚乙烯成分，且热焓也只有178J/g。 说明老化实验对PE/PP 双组分纤维芯层PP 的破坏非常大。 对于样品3 来说，老化后其熔点有稍许下降，同时热焓也发生了较为明显的下降，说明经过老化实验处理后，样品的结晶度发生了明显的下降，形成了更多无定型结构。

本文采用的PE/PET 和PE/PP 双组分短纤维，是用于服装粘合衬的纤维原料，其中不含有抗户外老化助剂。 另外，由于PET 容易发生水解，模拟老化环境较高的温度和湿度，也使其结晶结构受到了明显破坏。

2.2 老化前后样品力学的变化

为了对比分析3 种样品的耐户外老化性能，将其在光、热、湿与氙灯照射模拟老化条件下老化处理，10 天后取出样品，分别测试其纵横向拉伸强力和伸长率，并与老化前做对比，结果分别如图1 和图2 所示。 另外，经计算，3 种样品老化后的强力和伸长率保存率如表3 所示。

由图1、图2 和表3 可知，在模拟户外老化条件下放置10 天后，1 号和2 号样品的纵横向断裂强力都出现了明显的下降，而3 号样品的纵横向拉伸强力的变化较小。 老化10 天后，1 号样品的强力下降到原样的40%左右，而2 号样品的纵横向强力几乎消失。 在伸长率方面，老化后1 号样品的伸长率非常小，由原来的韧性材料变成了脆性材料。 而2号样品老化后，其纵横向伸长率的保持率变化不同，纵向基本不变，横向明显变小。 相对来说，3 号样品的生产率变化较为均匀，纵横向为原来的70%左右。

图1 非织造布断裂强度随时间的变化对比图

图2 非织造布断裂伸长率随时间的变化对比图

表3 老化后样品的强力和伸长率、保留率

因此，考虑到车罩产品对强力和伸长率的要求，1 号和2 号样品的耐老化性能非常差。 3 号样品虽然伸长率变小了，但伸长率基本不变，表现出更好的耐老化性能。 本着开发新型户外用车罩非织造材料，以解决当前聚丙烯纺粘非织造材料在车罩应用中的耐老化性不足问题。 但是，人工老化结果表明，单单采用以PE 为皮层、PET 和PP 为芯层的双组份纤维，无法得到耐老化性能优良的非织造材料。 在纤维成形过程中加入耐户外老化助剂是提高非织造材料耐老化性能的技术关键。

2.3 氧化诱导期分析测试

人工模拟老化耗时长，费用高，一般企业不具备检测条件。 如何建立一种简单易行的检测方法，以控制所采购非织造材料的品质，意义重要。 氧化诱导期(OIT)测试是一种DSC 加速老化实验，是在一定温度下通入氧气，测试样品开始出现氧化放热反应的时间间隔[12]，常用来评价材料在成型加工、储存、焊接和使用中耐热降解能力[13-14]。 本文尝试测试3 种样品的氧化诱导期大小，看其规律与样品的老化后强力保持率是否一致，以建立一种简单便捷的测试方法。 为了对比，也测试了纯PP 树脂的OIT，其结果如表4 所示。

表4 样品的氧化诱导期

从表4 可以看出，纯PP 树脂的OIT 只有1.13min，由PE/PP 双组分纤维组成的2 号样品，其OIT 也只有3.21min。 而3 号样品的OIT 长达40.62min。 因此，经过模拟人工老化后，3 号样品的力学性能保持率也最高。 相对来说，由PE/PET双组分纤维组成的1 号样品，其OIT 为17.67min比纯PP 高出许多。 经过人工老化后，1 号样品也表现出了比2 号样品更好的强力保持率。 因此，OTI 是一种简单便捷的评价车罩用非织造材料耐户外老化性能的检测手段。

PE/PP 和PE/PET 双组分纤维的耐老化性能比纯PP 好，如果在以PE 为皮层的双组分纤维成形过程中，添加抗老化助剂，应该可以得到比纯PP纺粘非织造材料有更好的耐老化性能[15-16]。 但由于双组分纤维比单组分纤维的纺丝更难控制，通过添加抗老化助剂的PP 纺粘非织造材料，在户外应用领域还是具有非常大的成本优势[17]。

3 结论

为了开发新型车罩用非织造材料，将PE/PET和PE/PP 双组分短纤维经过机械梳理成网和热轧加固工艺制成非织造材料，并与当前汽车罩用PP纺粘非织造材料一起进行人工模拟老化，测试其老化前后的熔点、热焓和力学性能变化，并分析了3种样品的氧化诱导期，得出以下结论：

(1)由服装粘合衬用PE/PP 和PE/PET 双组分纤维制成的热轧非织造材料的耐老化性能比当前汽车罩用PP 纺粘非织造材料差得多，单单采用以PE 为皮层、PET 和PP 为芯层的双组份纤维，无法得到耐老化性能优良的非织造材料。 在纤维成形过程中加入耐户外老化助剂是提高非织造材料耐老化性能的技术关键。

(2)3 种材料的氧化诱导期(OTI)大小规律性与其人工模拟老化拉伸强力保持率的规律性一致，OTI 是一种简单便捷的评价车罩用非织造材料耐户外老化性能的检测手段。