对比PVC，一文了解汽车内饰搪塑TPO表皮

为解决汽车内饰搪塑PVC表皮在抗老化、耐低温、环保等方面的缺陷，介绍了一种搪塑TPO表皮，通过对比分析搪塑TPO表皮和搪塑PVC表皮的性能及其成型工艺特点，搪塑TPO表皮具有密度小、低气味、低VOC、耐低温、耐老化等优异的特性，也需要更长的凝胶和塑化时间。在轻量化和绿色环保的趋势下，搪塑TPO表皮将在汽车内饰制造领域得到更加广泛的应用。

关键词： 汽车内饰表皮 搪塑TPO 搪塑PVC 绿色环保

搪塑成型工艺最开始是为聚氯乙烯（PVC）类材料设计开发的，其广泛地应用于汽车内饰领域，可以生产出纹理和结构复杂的零件（如仪表板、门护板等零件）。但PVC在抗老化、耐低温等方面存在缺陷。TPO作为一种新型的热塑性聚烯烃弹性体材料可用搪塑工艺成型。TPO具有密度小、低气味、低VOC、耐低温、耐老化等优异的特性，可以满足汽车内饰复杂设计、轻量化以及绿色环保的要求。

1. 汽车内部装饰表皮成型工艺

汽车内部零件（仪表板/门护板等）装饰表皮成型工艺主要有真空吸塑（阳摸和阴模）、聚氨酯喷涂（PU Spray）和搪塑（Slush molding）等。搪塑具有设计自由度高、制品美观、手感舒适、无内应力、材料成本低等优点，目前在欧美车系中应用比较普遍。日、韩系车型仪表板/门护板以TPO真空吸塑为主，聚氨酯喷涂工艺由于成本高，只在部分高端车型上有应用。各种表皮成型工艺的特点如表1所示。

表1 汽车内饰表皮成型工艺对比

2. 搪塑原理

搪塑工艺是对模具加热，将用于制造表皮的粉末状材料与受热的模具型腔面接触塑化、烧结等,最终得到与模具型腔形状及纹理一致的表皮成型过程。搪塑过程主要分如下几个步骤(图1)。

a.对带皮纹的搪塑模具进行加热；

b.加热后的模具与装有粉末材料的粉料箱合膜；

c.旋转或者边旋转边加热模具，粉料箱中的材料落入模具内表面受热后凝胶化并形成塑料膜；

d.模具与粉料箱分开；

e.加热模具，使材料进一步塑化均匀；

f.冷却模具；

g.取出搪塑表皮。

图1 搪塑工艺流程

搪塑工艺的优势在于整个加工过程都在一个无应力作用的摸具中，搪塑粉受热在自身重力和模具的旋转作用下均匀地熔融覆盖在模具内表面上。模具的设计形状不受限制，适合复杂的三维设计并可以保证稳定的表面纹理，从而使汽车内饰在美观性和舒适度上比其他软质内饰材料更有优势。

3. 搪塑TPO材料

与一般成型工艺相比，搪塑对原材料的流动性能、力学性能、热稳定性能以及熔融性能等方面都有严格要求。传统的搪塑工艺均采用聚氯乙烯（PVC）粉末材料，其具有良好的复型能力并且成本相对低廉，在汽车内饰上应用非常广泛。但是PVC材料普遍存在耐光老化、耐热老化、耐低温性能以及耐胺性能差，并且其气味重、VOC高、增塑剂易迁移且材料不可回收，行业内一直在积极寻找更加优良的替代材料方案，其中热塑性聚烯烃弹性体（TPO）材料就是其中之一。主要对搪塑PVC表皮和搪塑TPO表皮的材料性能以及工艺特点进行分析。

TPO（聚烯烃类热塑性弹性体）由橡胶和聚烯烃混合而成，它既具有橡胶材料的特性，又具有热塑性树脂的性能，是100%可以回收的热塑性弹性体。TPO是仅次于苯乙烯类热塑性弹性体（TPS）的第二大类TPE（热塑性弹性体）材料，广泛应用于电线电缆、家用电器、汽车制造业、医疗等领域。TPO材料具有优异的耐热性、耐光性和耐寒性，并且其密度低、气味小、VOC含量低，在汽车行业应用比较普遍。TPO在汽车装饰表皮中以真空吸塑成型工艺为主，搪塑TPO才刚刚起步。2008年北美，搪塑TPO第一次被用于Saab 9-7X仪表板，该零件相对于搪塑PVC减重20%，且挥发性有机化合物（VOC）和雾化的性能更好。目前国内吉利汽车已开始进行搪塑TPO样件试制，通用、福特和神龙汽车也对其进行了材料验证。

TPO搪塑粉的制造程序如图2所示。PVC搪塑粉的微观结构类似于球形，而TPO搪塑粉的微观结构不太规则（图3），因此TPO粉末的流动性没有PVC粉末好，其成型性也较差、脱模困难。但经过不断改进，TPO搪塑表皮外观已经可以和PVC搪塑表皮相媲美。

图2 TPO搪塑粉生产流程

图3 微观示意

4. 搪塑TPO表皮的性能

汽车内饰用覆盖材料不仅要求质量轻、美观精致、手感舒适，并且对安全性能（低硬度、低脆性），环保性能（无毒、低气味），使用性能（耐热性、耐寒性、抗渗透、光稳定性、抗划痕、抗胺）都有较高的要求。PVC材料已经应用多年，原材料来源相对广泛，价格相对低廉。TPO是一种新型的热塑性聚烯烃弹性体材料，在国外汽车制造中已有少量应用。这里选用了颜色、纹理厚度相同的恩坦华搪塑TPO表皮和三菱化学搪塑PVC表皮进行部分材料性能对比。如表2所示,TPO在轻量化、可回收、低温韧性、雾化方面的性能优于PVC。

表2 搪塑TPO表皮和搪塑PVC表皮性能对比表

5.1 气味性

近几年第三方调研数据显示，“车内有令人不愉悦的气味”问题排名持续第一。因车内气味问题造成的车辆召回事件也时有发生，车内环境品质已成为影响消费者购车的主要因素之一。气味等级按大众标准分为6级（1级为无气味/觉察不到；2级为强度较弱/用力嗅才能觉察到；3级为中等强度/气味分明；4级为高强度/气味突出；5级为很高的强度/气味很重；6级为难以忍受/不得不拿开）。将20 cm3的搪塑PVC表皮和TPO表皮样品分别放入密封的玻璃瓶中在烘箱内加热至80℃，保温2 h后放在恒湿恒温间1 h后用于气味实验。两者的试验结果表3所示，TPO表皮的气味明显优于PVC表皮。

表3 搪塑TPO 表皮和搪塑PVC 表皮气味等级对比表

5.2 挥发性有机化合物（VOC）

随着我国汽车保有量的急剧攀升以及消费者健康意识的不断增强，车内空气质量正越来越多地被全社会关注。尤其是环保部决定将国标GB/T 27630《乘用车内空气质量评价指南》修订为强制标准后，消费者的绿色环保意识和维权意识空前提升。利用热解吸/气相色谱法/质谱测定法联合测定搪塑PVC、TPO表皮材料释放出的VOC含量结果如表4所示，TPO表皮的苯系物和TVOC含量低于PVC表皮，因此搪塑TPO表皮在汽车内饰上使用更加环保。

表4 搪塑TPO表皮和搪塑PVC表皮VOC对比表 mg/kg

5.3 热老化

将搪塑TPO表皮和PVC表皮放入烘箱中进行120℃/21天的热老化试验，分别测试老化前后的断裂强度、断裂伸长率以及玻璃化转变温度（Tg）。图4显示了搪塑TPO表皮和PVC表皮经过热老化后断裂强度和断裂伸长率的变化情况；图5为2种材料的玻璃化转变温度变化情况。PVC在老化过程中大分子链会发生脱氯化氢（HCL）反应，分子主链上会产生不稳定的不饱和键，同时部分增塑剂会迁移到材料表面并挥发掉，所以PVC表皮老化后明显变脆，断裂强度和伸长率均出现了明显降低。120℃/21天热老化后的搪塑TPO和PVC表皮外观如图6所示，TPO表皮外观保持较好，但PVC表皮边缘有明显翘曲。汽车在暴晒的情况下，车内温度可高达80℃，仪表板的温度可高达120℃，因此搪塑TPO表皮耐高温性能更优异。

图4 热老化后的断裂强度和伸长率的变化率

5.4 光老化

将搪塑PVC表皮和TPO表皮暴露在ATLAS公司生产的氙弧灯（CI 3000）的光照及热辐射下300 h，通过模拟自然气候和日光照射等实验条件来测试材料的耐光老化性能，结果如表5所示。PVC本身易发生光/热降解且伴随颜色变化，这是因为PVC分子链受激发后产生链式脱HCL反应，且脱出的HCL具有催化效果，会加速脱去更多的HCl，在主链上形成多烯序列-(C=C)n-，当n达到8时，就会形成发色基团（吸收可见光中的蓝光，样品会显黄），因此TPO表皮的耐光老化性能比PVC表皮更优异。

图5 玻璃化转变温度随热老化天数的变化

图6 120℃老化三周后的搪塑TPO和PVC表皮外观

表5 搪塑TPO表皮和搪塑PVC表皮耐光照性能对比表

5.5 摩擦色牢度

为评估搪塑TPO表皮的摩擦色牢度性能，采用CROCKMETER摩擦色牢度仪、用干燥和浸润有化学介质的标准白布摩擦样件表面，并参照灰度卡对标准白布（沾色）和表皮样件（褪色）进行评级，实验结果如表6所示，搪塑TPO表皮耐乙醇性能不及搪塑PVC表皮，但也在可接受范围。

5. 搪塑TPO表皮的成型

搪塑TPO表皮与搪塑PVC表皮成型工艺类似，可以共用成型设备，但是由于TPO材料具有流动性较差，加工温度区间较窄，熔体粘度随温度变化较大等缺点，搪塑TPO表皮成型难度较大，搪塑工艺参数也与PVC有所不同，具体如下。

表6 搪塑TPO表皮和搪塑PVC表皮磨擦色牢度性能对比/级

预加热-模温，搪塑TPO需要更高的模具温度，模具温度比搪塑PVC高20℃左右，TPO的塑化温度在230～250℃。模具温度太高会导致表皮烤焦，温度太低搪塑粉没完全转化为熔化的薄膜，表皮会出现小孔。

成型和旋转，由于TPO材料密度低，同时TPO粉料熔体流动性比PVC差，所以搪塑TPO模具的转速要高于搪塑PVC，否则无法得到厚度均匀的搪塑表皮，参考转速为16 r/min。具体转速设定需要根据设备及零件结构进行调整，如果转速太快粉末的流动会比较混乱，表皮上会出现波浪状图案，还可能粉末自身出现粘结，在角落里堆积。如果转速太慢，粉末不能及时落到粉盒里，造成加热时间过长，粉末形成凝块，造成制品厚度不均等缺陷。

冷却和脱模，搪塑TPO表皮脱模需要比PVC更加低的温度，模具温度最好控制在40～50℃。如果模具温度过高，表皮脱模时可能会出现变形和撕裂，导致后期发泡中表皮尺寸和位置出现发生变化；如果模具温度过低，表皮脱模时需要更大的拉力，导致表皮表面拉伤。

凝胶/塑化时间，PVC粉在加热过程中会出现明显的凝胶化转变过程，该转变有利于PVC树脂在模具中成膜，所以单从工艺上来说PVC是搪塑工艺的最佳材料。而TPO在搪塑过程中需要更长的凝胶和塑化时间。

小结

搪塑成型工艺被广泛地应用于汽车内饰领域，TPO作为一种新型的热塑性聚烯烃弹性体材料用于搪塑工艺制备成汽车内饰用表皮，由于其成型温度高、周期长，工艺及材料成本高，耐化学介质和耐划伤性能不及搪塑PVC等缺点，目前汽车内饰搪塑TPO还未广泛应用。但搪塑TPO表皮具有密度小、气味低、VOC含量少、耐热老化、耐光老化、耐低温且可回收利用等优点，在轻量化和绿色环保的趋势下具有很好的发展前景。随着材料及工艺技术水平的不断发展，搪塑TPO表皮将在汽车内饰制造领域得到更加广泛的应用。

文章来源：艾邦高分子

专业实验室“干货”满满，上汽大众高品质的秘密找到了

“德系车质量怎么样？”“日系车耐不耐撞？”“国内汽车的质量与国外有什么区别？”打开任何一个汽车论坛，不难发现类似的问题占据了大多购买者的提问栏。然而，大部分人其实并没有一个有效的途径了解汽车质量的具体知识。而对于买到手的新车究竟经过了怎样的生产流程和质量检测更是一无所知。

日前，上汽大众将其珍藏已久的质保实验室公之于众，作为一个令业内早已“觊觎”已久的宝藏实验室，它所能提供的汽车干货远比论坛上千人千面的“经验总结”来的更加真实丰富。

“三头六臂”树立行业质量标杆

走进上汽大众的质保实验室中，你很难不被出现在眼前五花八门的实验设备所吸引。在这个占地9600平方米的巨大实验室中，92名中外方员工以及259台最先进材料分析设备在此一同工作。

而在这一系列设备中，最引人瞩目的可能要数工业CT。2008年，上汽大众花费1000万元的高成本采购了工业CT设备，也成为了中国第一家采用工业CT设备进行质量控制的整车厂。工业CT的检测正是针对容易产生气孔缺陷的铸造件、注塑件与焊接件，通过机器的高精度测量检验，保证质量控制的全面高效。

另一个在质保实验室中将机器的功能发挥到最大值的，是实验室紧固件小组所操控的拧紧工艺检测。众所周知，汽车拥有1万余个零件，每个零件之间主要通过焊接、螺栓连接而成，而总装车间80%的工位执行的正是“拧螺丝”的工作。

而在质保实验室中，拧紧工作的检测则由专业的摩擦性能测试仪和机械臂进行。作为行业内的标杆式执行标准，德国大众严苛的紧固件标准作为汽车行业各大主机厂模仿学习的技术测试与分析方法，在这里都可以实现。

对于更多的普通消费者来说，通过一窥这个神秘的“业内标杆”，也可以对汽车质量的检测标准有更多了解，避免因为道听途说式的误导信息而影响买车时的决策。

金牌工程师的看家本领

尽管已经拥有了诸多昂贵、先进的质检设备，但对于上汽大众来说，质保实验室里仍有比这些机器更加宝贵的“秘密武器”，那就是实验室中的这些“金牌工程师”。

例如，在上汽大众质保实验室中，有一支成立已有17年，并常年受到好评的“明星团队”，共有9名工程师组成，其中超过2/3的人拥有硕士及以上学位。他们的名字叫做上汽大众色差小组。

顾名思义，色差小组的工作就是保证大众每一辆产品车的内饰件的外观匹配。但这远远比我们想象的要复杂得多。大众对零件外观要求主要包括3部分：颜色、光泽和表面质量。而在号称“业内最严”的大众的色差标准VW50190中，对不同颜色、材料、皮纹、装配位置零件的色差要求，分别做了详细的规定。

保证每一辆新车都符合这一规定要求，实在不是一件容易的事情。但好在色差小组人虽不多，却有得力助手：包括德国全进口的整车光源室、小型光源室、皮纹测试仪等。

借助种种先进设备的帮助，上汽大众色差小组能够拥有比其他车企工程师仅靠目视判断更加强有力的判断依据。从而保证上汽大众生产线上走下来的车型具带给消费者更高质量的体验。

又例如，在某个岗位上，有一群工程师们过着常年不能抽烟、不能喝酒，甚至连香水和辛辣食物都不能接触的“苦行僧”生活。而他们之所以这样做，是因为必须要随时精准识别出整车多达105种不同气味的工作。在上汽大众的内部，他们被称为“金鼻子”团队。

如今，“金鼻子”们也正在实现着自身的“转型升级”，在上汽大众新成立的气味溯源与VOC前沿开发实验室”中，通过GC-O（气味溯源）设备的引入，金鼻子们正在致力于“电子鼻”的开发，结合神经元网络算法开发出一款灵敏度能与人的鼻子匹配的“电子鼻”。

因此，我们可以看到的是，在车企们大力宣传“新四化”的背后，一同转型的不仅仅是最终交付到消费者手中的产品，而更包括了设计、生产与质检的每一个环节。只有这样，才能保证产品更具竞争力，带动整个市场一同实现良性升级。

汽车纹理色彩会影响内饰件被划伤的难易程度，很多人不知道吧？

经常开车的朋友，有没有发现车内饰件，如仪表板、手套箱、中央通道、立柱、座椅和门板等，经常使用或被硬物划过后，会留下发白的痕迹，即制件表面纹理被划伤了。

细心的你进一步会发现不同的内饰件被划伤后留下痕迹的程度是不一样，也就是说不同的内饰件耐划伤的能力是不同的，这是为什么呢？

这里面有什么秘密，本篇文章将会带你从产品设计指标、内饰件皮纹差异、内饰件颜色差异和材质选择上的四个方面入手，详细分析导致内饰件耐划伤能力差异的根本原因。

汽车内饰件，上为仪表板、下左为门板、下右立柱饰件

1. 产品设计影响：

零部件的耐划伤性能也是汽车设计时要考虑的一个重要性能，但不同的主机厂评估方法可是不一样的。有的主机厂用五指刮擦，来模拟车内皮纹被人的指甲划伤，如福特、戴姆勒克莱斯勒等；

有的用十字刮擦，来模拟车内纹理被硬物划伤，如大众、通用等；也有的用回形针刮擦，模拟尖锐物体划伤，如江淮。

也有的用磨耗法，铅笔硬度法来表征，正是这些方法的不同，使用检测设备上的差异，同一个制件在不同的评估方法下测试的结果可是不同的。

五指刮擦仪器

当然，话说回来即使用同一个评估方法，测试条件的差异，也会带来不同的耐划伤结果，就拿十字刮擦方法举例，十字刮擦是刮头在一定的运动速度下，选择不同的加载力和刮擦头的直径在制件上划上垂直交叉的线条，通过对比划伤前后制件的发白程度，来表征耐划伤的好坏。

这种破坏的方式有点像农村用旋耕机犁地的场景，旋耕机在固定的压力下，以一定的速度前行耕作，不一会坚硬的地面都被破坏松软松软的。

旋耕机的犁耙

十字刮擦的加载力可以选择15N、10N、7N、5N、3N等，刮擦头直径也有0.5mm、0.75mm和1mm的差异，刮擦破坏的速度可快可慢，一般为1000mm/min。

三个条件下主机厂有成千上万个组合方式。若主机厂选择10N的力，0.75mm的刮擦头，运行速度1000mm/min作为零部件耐划伤的衡量尺度，明显比同速度下选择10N的力，1mm耐刮擦头衡量尺度加严了很多。

这是由于在一定的加载力下，刮头直径越大，单位面积的压力越小，纹理越不容易被破坏，零部耐划伤效果就好很多了，关于耐划伤测试方法，后面会单独开一篇文章详细介绍，这里不做探讨。

十字刮擦仪器

这样看来耐划伤设计时主机厂的对零部件考验的尺度不同，零部件的耐划伤效果不同，评估尺度越严，零部件耐划伤效果越好，材料耐划伤越好，材料成本必然越高。

2. 皮纹影响

人们为了提升内饰件的皮革档次，匹配顶棚的针织纹理结构，往往在汽车内饰塑料件上刻蚀上不同的纹理花纹，这些纹理不仅起到装饰功能，而且对塑料制品进行一定的保护，防止内饰件在反复使用过程中被指甲、硬物划伤，留下永久的伤疤。

各家主机厂因饰纹的供应商、价格、工艺、品牌、文化定位等不同，选择的纹理类型也不同。细细说来，汽车内饰纹理的种类有皮革纹理、几何纹理、拉丝纹理和磨砂纹理等几大类。

不同的大类根据皮纹规整度和皮纹深浅的不同，也可以进一步划分，如皮革纹理可以分为动物皮纹、植物皮纹等，几何纹理可以分为规则纹、类规则纹和纺织纹等。

皮纹种类：左动物皮纹、中几何皮纹、右细皮纹

皮革纹理多模仿动植物皮肤具有自然仿真皮效果，多由深浅不同的花纹组成，皮纹耐划伤效果最优；几何纹理多由规整的几何图形和线条组成，纹理的立体感和规整性强，能体现现代艺术设计上的美学，但纹理极易被划伤，皮纹耐划伤效果最差；拉丝纹理和砂纹多应用在汽车内外饰扣手、面板、饰条上，纹路超细，皮纹很浅，摩擦阻力小，不容易被划伤。

放大300倍下看不同皮纹耐划伤效果：左细皮纹、中几何皮纹、右粗皮纹

可见这些纹理的不同耐划伤效果也不同，一般说来皮纹越是规整、精细，纹理越深，抗划伤的效果越差，纹路越粗放、纹理越浅显，抗刮伤的效果越好。

3. 颜色影响

我们知道汽车内饰常见的颜色主要是米黄色、灰色、红色、黑色和白色，最为普遍的是黑色。之所以这个颜色普遍，可不仅仅因为这个颜色看起来更庄严大气，更耐脏，同这个颜色耐划伤性好有很大的关系。

我们知道汽车内饰件多用滑石粉填充的聚丙烯（PP）改性材料（PP+EPDM-TDxx）注塑而成的，制件受到划伤后，白色的滑石粉会被剐蹭出来，在刮痕沟槽中呈现白色，这就是剐蹭后出现发白的一个原因。

当然，制件刮伤后出现发白的影响因素可不仅仅是这一个，也有很多的专家进行过详细的研究，后续我也会开篇文章进行归类介绍。

刮伤示意：凹槽中的滑石粉被剐蹭出来

汽车内饰件呈现出来的颜色，主要是靠颜料染色而成，不同的颜料染色能力是不一样的，黑色颜料染色能力最强。

可以把材料中的滑石粉染成黑色，这样制件被刮擦，滑石粉被剐蹭出来，由于滑石粉被染黑，划伤痕迹表观对比不明显，这就是黑色制件很不容易看到划伤的原因了。

为了避免消费者的使用抱怨投诉，就这样主机厂最喜欢把内饰件设计成黑色。

汽车饰件配色原理图：色相环

选择不同的内饰颜色，耐划伤效果是不一样，归根结底是颜色染色能力不同导致的，黑色颜料染色能力最强，刮伤后颜色差异不明显，最有利于淡化划伤痕迹。

4. 材质定义

汽车内饰件多为滑石粉填充的改性聚丙烯材料（PP+EPDM-TDxx），我们知道滑石粉含量越多，越容易被剐蹭出来，制件的耐划伤越差。因此，降低滑石粉填充含量是提升内饰件耐划伤的一个重要手段。

近年来能源和环保的压力，汽车轻量化设计要求的呼声高涨，汽车内饰材料也逐渐从常规质量分数为20%滑石粉填充的改性聚丙烯（PP+EPDM-TD20），密度1.04g/cm3的材料过渡到10%滑石粉填充的改性聚丙烯（PP+EPDM-TD10），密度0.96g/cm3的材料，甚者取消滑石粉填充，密度0.89g/cm3的改性聚丙烯材料（PP）也慢慢开始在电动汽车上应用。

低比重滑石粉填充材料的使用在减轻汽车重量的同时，也有利于汽车内饰件耐划伤能力的提升。

该车型应用低比重材料作为内门板

写在最后

总之，汽车内饰件带上颜色和皮纹可以降低塑料的质感，提升驾乘的品质，但制件的纹理和颜色设计不同，抵抗外力划伤的能力是不同。颜色越深，皮纹的纹理越粗，越有利于抵抗外界的划伤。

当然，主机厂进行产品设计时，选择低比重滑石粉填充材料，评判条件苛刻，最终呈现出来的内饰件产品耐划伤性能必然最优。

汽车内饰颜色纹理的统一性

嘀嘀今天的科普就写到这里，更多关于汽车材料知识和汽车材料测试知识，后续会逐步展开，欢迎讨论、留言、关注 @嘀嘀侃汽材