一种高耐磨微纳绒面汽车内饰面料及其制备方法与流程

本发明涉及纺织面料，具体涉及一种高耐磨微纳绒面汽车内饰面料及其制备方法。

背景技术：

1、绒面超细纤维面料以其类似天然麂皮的外观、细腻的手感和良好的透气性，被大量用于汽车座椅、门板、仪表板、立柱与顶棚等内饰部位的包覆。此类面料通常以海岛型复合纤维为原料，经织造、碱减量开纤、磨绒起绒、染色与含浸整理制得，绒面由单丝线密度0.1dtex以下的超细纤维绒毛构成。汽车内饰对面料耐磨性的考核远严于服装与家纺：以马丁代尔法（gb/t 21196.2、iso 12947，装饰用途接触压强12kpa）计，行业标杆产品的公开考核指标为35000次，部分主机厂企业标准对座椅侧翼部位的要求高达70000次无缺陷，且将绒毛剥离、磨损露底单列为不可接受缺陷；而一般超细纤维绒面面料的耐磨水平仅在2万至4万次量级。现有技术存在以下缺陷。

2、其一，超细绒面的耐磨性与绒感存在固有矛盾。绒面的细腻程度取决于绒毛单丝的细度，而绒毛单丝抵抗磨料勾拉与弯折的能力随直径急剧下降：单丝根部的弯曲断裂抗力与直径的三次方成正比，开纤后直径约2微米的超细纤维，其单根弯曲断裂抗力不足1.2dtex常规细旦单丝的百分之一。磨料每一次掠过绒面，都直接勾拉暴露在其表面咬入范围内的超细绒毛梢端，超细绒毛在反复勾拉下发生根部弯曲疲劳断裂，逐渐脱落直至露底。绒毛越细，绒感越好，磨损越快，这一矛盾在现有技术框架内无法回避。

3、其二，现有的第一类改进路线是加大含浸树脂量以锚固绒毛根部。该路线的效果有限而代价明确：树脂量增大后面料手感板硬、绒面倒伏发亮，绒感显著劣化；且磨损失效的主要通道是绒毛根部的弯曲疲劳断裂而非整根拔出，锚固强化并不针对主要失效通道。

4、其三，现有的第二类改进路线是在超细纤维中混入较粗的纤维以求增强，例如将海岛型复合纤维与常规细旦涤纶长丝并合使用。然而这类混纤方案没有对两类纤维在绒面中的高度关系作任何设计，粗细绒毛梢端处于同一高度。此时粗纤维不仅不能保护超细绒毛，反而有害：磨料对纤维的勾拉力随纤维直径增大而增大，等高混布的粗纤维把更大的勾拉与摩擦载荷引入绒面，超细绒毛依旧全数暴露在磨料咬入范围内。本发明的数值仿真表明，等高混纤绒面的耐磨寿命比不混纤的常规绒面反而下降约29%。现有技术并未认识到这一点。

5、其四，现有的第三类改进路线是调整起绒磨绒工艺并辅以功能整理，把绒毛做得短促致密以减小单根绒毛的暴露长度。例如公开号为cn121802606a的专利文献公开了一种高耐磨抗起球海岛丝麂皮绒，通过多次、低张力的起毛磨毛形成短促致密的绒毛层，并施加耐磨整理剂，其马丁代尔耐磨次数可达4万次以上。此类方案以牺牲绒毛长度与丰满度为代价换取耐磨性，绒感受限；砂皮粒度先粗后细的多道磨绒亦只能改善绒毛形态的均匀性。两者均未改变超细绒毛直接承担磨料载荷这一根本格局，耐磨性的进一步提升空间有限。

6、其五，现有技术中亦存在使绒面呈现两种粗细或两档高度绒毛的结构，但均非按耐磨设计，也均未给出任何定量成立条件。例如公开号为cn1215441a的专利文献以沿长度方向交替呈现粗细节的花式复丝经热收缩差形成高低两族绒毛，其目的在于获得凹凸外观与扭结绒毛的装饰效果；公开号为cn1621591b的专利文献以卷曲度不同的两种纱线并捻构成内饰用毛绒织物、使第二纱线外观纱长较第一纱线短15%~25%，其文献明确记载该结构是"在不改变表面绒头密度、耐磨损性、伸缩率等品质特性的情况下"改善耐露底性——即本领域明确认为，绒毛粗细与高低的搭配本身并不带来耐磨性的改善。此外还有以植绒方式使较短纱线承受磨损的纺织品。上述结构均未给出使较粗绒毛在考核接触压强下保持弹性支承而不压溃的定量条件，亦未界定高度差与磨料表面咬入深度的关系，其高低结构在磨损工况下或被压溃、或与磨料咬入范围错位，实际不能构成对超细绒毛的防护。

7、其六，长期以来该问题未获解决，存在客观障碍：决定绒面磨损速率的真正被控量，不是绒毛细度、含浸量、磨绒参数等任何单一工艺量，而是磨料接触面由谁支承、超细绒毛梢端是否处于磨料表面咬入深度所及的范围之内。天然毛皮以粗硬的枪毛支承外部摩擦、保护其下的细密绒毛，但在绒毛高度不足0.5mm的超细绒面尺度上如何定量构造这种分层，现有技术既无设计规则，也无实现手段：支承层过高或过密则暴露于外观，破坏绒面；过低、过疏或过软则在接触压强下压溃，起不到支承作用，两侧边界从未被刻画。

8、因此，本领域需要一种能在不损失绒感的前提下、按定量规则构造磨损支承结构的高耐磨绒面汽车内饰面料及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：超细绒面的耐磨性与绒感的固有矛盾；等高混纤增强路线无效且有害；含浸强化与磨绒工艺调整均不针对主要失效通道；绒面磨损支承结构在超细绒面尺度上缺乏定量设计规则与实现手段。

2、本发明的技术构思如下。绒面磨损的主要通道，是磨料表面在其咬入深度范围内勾拉绒毛梢端、使绒毛根部反复弯曲而疲劳断裂。因此提高耐磨性的关键不在于强化超细绒毛本身，而在于让超细绒毛离开磨料的咬入范围。本发明将绒面拆分为两类分工不同的绒毛：占绒毛总数90%以上的超细效果绒毛提供绒感与外观；少量较粗的承载绒毛以略高于效果绒毛的高度均匀分布于绒面中，充当支承磨料接触面的弹性立柱。当承载绒毛群体的抗压承载能力足以在耐磨考核的接触压强下不发生压溃时，磨料接触面被承载绒毛的梢端托住，只要两类绒毛的高度差大于磨料表面的咬入深度，效果绒毛的梢端便处于磨料够不到的高度，从磨损载荷路径中被整体屏蔽。

3、本发明进一步揭示：绒毛的粗细与高低搭配本身并不自动带来耐磨改善——这与前述cn1621591b关于其结构不改变耐磨损性的记载一致，也被本发明的对照仿真所证实（等高混纤配置的寿命反而下降约29%）。高低结构要从外观特征转变为磨损防护结构，必须同时满足以下两个定量条件，缺一即告失效。

4、承载条件由受压细长杆的失稳临界载荷给出定量规则：单根承载绒毛可提供的支承力上限为其悬臂欧拉临界载荷π²·e·i/(4·l²)，其中e为纤维弹性模量、i=π·d4/64为单丝截面惯性矩、l为承载绒毛自由高度；承载绒毛根数密度n须满足n·π²·e·i/(4·l²)≥1.2·p0（p0取额定接触压强12kpa），即承载绒毛群体的临界承载合力对考核压强留有不小于1.2倍的裕量。高度差的取值窗口受三重约束：下限为磨料表面咬入深度，羊毛标准磨料的咬入深度按其纤维直径量级约为0.04mm，故高度差取不小于0.05mm；上限一方面受承载条件制约——高度差增大使承载绒毛自由高度l增大，临界载荷按1/l²下降，过大的高度差反而使承载条件失效，另一方面受绒面外观制约——承载绒毛露出部分在掠视方向的可见占比n·d·δh须不大于0.18。综合取高度差0.05~0.12mm。

5、高度差的实现利用了一个被现有技术视为缺陷的物理事实：绒毛的弯曲断裂抗力随单丝直径三次方变化，磨绒时超细纤维远比细旦单丝易被磨断磨短。本发明将该差异反用为分层成型手段：以海岛型复合纤维与细旦涤纶长丝网络复合的混纤绒纱织造，开纤后同一绒簇内同时含有超细纤维与细旦单丝；多道磨绒中，超细纤维形成的效果绒毛被逐道磨短至目标高度，而细旦单丝形成的承载绒毛因断裂抗力高出约两个数量级而保留较大高度，高度差自然形成，并以显微断面测得的高度差落入目标区间作为磨绒终点判据。由此，两类绒毛同根共簇、在绒面内均匀混布，无需任何特殊织造设备。

6、本发明提供一种高耐磨微纳绒面汽车内饰面料及其制备方法。其中所述高耐磨微纳绒面汽车内饰面料包括基布层以及位于基布层至少一面的绒面层；绒面层包括效果绒毛与承载绒毛，效果绒毛为海岛型复合纤维经开纤形成的超细纤维绒毛，单丝线密度不大于0.15dtex；承载绒毛为单丝线密度0.8~1.5dtex的涤纶单丝绒毛；承载绒毛的自由高度高于效果绒毛的平均自由高度0.05~0.12mm，且高度差不小于磨料表面咬入深度；承载绒毛根数密度n满足n·π²·e·i/(4·l²)≥1.2·p0。所述制备方法包括：s1、以海岛型复合纤维与细旦涤纶长丝网络复合得到混纤绒纱，与高收缩涤纶地纱织造得到坯布；s2、碱减量开纤；s3、预定型；s4、多道磨绒并以高度差落入目标区间为终点判据；s5、染色；s6、水性聚氨酯含浸并定型。

7、进一步地，效果绒毛单丝线密度0.03~0.15dtex、根数密度2000~5000根/mm²、平均自由高度0.25~0.40mm；承载绒毛根数密度150~400根/mm²、占绒毛总根数3%~10%，并满足遮盖约束n·d·δh≤0.18；效果绒毛表面可负载平均粒径20~80纳米的二氧化硅颗粒构成微纳复合绒面；基布由混纤绒纱与沸水收缩率不小于15%的高收缩涤纶地纱织造，开纤定型后致密化；绒面经含浸增重率5%~15%的水性聚氨酯处理；磨绒采用240~400目起绒、500~800目精磨，细旦涤纶长丝以1%~3%超喂网络复合，末道磨绒包覆角不大于0.3rad。

8、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

9、第一，把绒面耐磨设计的被控量从工艺参数改为磨损载荷路径本身：以承载绒毛按欧拉临界承载条件支承磨料接触面，使超细效果绒毛整体脱离磨料咬入范围，主要失效通道被直接切断，而绒感由仍占绒毛总数90%以上的超细绒毛保持。

10、第二，给出了承载结构的定量设计规则并经数值仿真验证：承载密度的仿真失效阈值出现在140~160根/mm²，与承载条件公式给出的138根/mm²吻合；高度差窗口两侧越界均告失效，证明该窗口是有效与无效的分界而非一般优选。

11、第三，揭示并利用了等高混纤有害这一未被认识的事实：仿真表明无高度差的混纤绒面寿命较不混纤反而下降约29%，而满足本发明高度差与承载条件的同种混纤绒面寿命提升至8倍以上，说明混纤、高度差与承载条件三者在功能上彼此支持、缺一不可。

12、第四，高度差的形成不依赖特殊设备，利用磨绒中粗细单丝断裂抗力的固有差异自然成型，并给出磨绒终点判据与超喂预置手段，可在常规超纤麂皮绒产线上直接实施。

13、第五，在数值仿真中，本发明面料的马丁代尔耐磨寿命由现有全超细绒面的约2.5万次提高到20万次以上（16次重复仿真全部达到仿真上限未失效），同时承载绒毛掠视可见占比不超过0.15，绒面外观不受破坏。