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                揭開“面紗” “十問”汽車座椅發泡技術

                2015-11-23

                  

                來源:蓋世汽車網  作者:任慧娟

                無論開車、乘車,一直坐在柔軟的座椅上,接觸的也只是皮質或布藝,卻從未關注過座墊或靠墊內的世界,就像喝水從不關注水源從哪里來一樣。好奇心打開后,就想揭開那一層“面紗”,深入探究下提供舒適性和支撐力的座椅泡沫背后的故事。

                 

                  究竟它是如何形成的?生產工藝有哪些?材質的選擇上如何考究?如何區分其好壞……,作為記者的天性自然永遠有無數個問號旋轉,不過亦有諸多對此興趣盎然之人,蓋世記者經過多方問題搜集,共匯總出十大問題,并攜其采訪到江森自控專業汽車內飾集團泡沫制造高級經理倪海峰先生,以尋究竟!具體整理報道如下,與業內共饗!

                圖為:江森自控專業汽車內飾集團泡沫制造高級經理 倪海峰

                 

                  問題一:發泡如何形成的?

                  倪海峰:

                  汽車座椅發泡說得簡單一點,實際上感覺和做饅頭差不多將面粉、水、酵母混合之后進行搓揉,然后上爐子蒸。不過這當中肯定有本質的區別,蒸饅頭是通過酵母進行物理發泡的過程。

                  而汽車座椅的泡沫制造實際上是將聚醚,異氰酸酯,如苯二異氰酸酯(TolueneDiisocyanate,簡稱TDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯(Methylenediphenyl Diisocyanate,簡稱MDI)之類的以及水和添加劑混合后反應生成的。其中,水和異氰酸酯反應產生二氧化碳和聚脲,聚醚和異氰酸酯反應生成了聚氨酯,而所有的這些混合之后像發面一樣的形成泡沫。

                  在實際生產中我們會利用模具使得泡沫發起后形成我們需要的形狀,我們稱之為反應模塑。之后就是后期處理,這個過程較為簡單,就是將它放在自由狀態下進行熟化。因為泡沫是一種粘彈性物質,它的特性會隨著時間、速度而產生變化,因此我們一般會把它靜止824個小時,讓它的硬度穩定之后,再拿到總裝工廠去包覆,這就是一個座椅泡沫的生產過程。

                  問題二:制造工藝中熱發泡與冷發泡的區別?

                  倪海峰:

                  目前的發泡制作通常有兩種工藝:熱發泡和冷發泡。所謂熱發泡就是澆注完成后,模具經過烘箱來完成反應,這個烘箱的溫度一般情況下應該在攝氏220度到250度,低一點的在180度。

                  通過此工藝生產出來的泡沫優勢是密度低,熱老化性能很好,而且不需要單獨開孔。另外,該工藝模具成本很低,在歐洲一些主機廠還是比較熱衷于熱發泡的性能,江森在奧地利的工廠有一條熱發泡生產線,主要給寶馬奧迪等廠商來供貨。然該工藝劣勢是能源消耗比較大,同時因為模具上的排氣孔會產生較多的蘑菇頭,化料浪費較多,而且后期現場清理和設備維護也會比較麻煩。

                  而冷發泡并不是說模具是冷的(溫度大概在50度到70度),只是相對熱發泡來說較低。冷發泡反應過程跟熱發泡是一樣的,只不過模具通過熱水或電來加熱,較為復雜.但它的制造現場會比較干凈,能源消耗較低, 這種工藝目前應用較多。

                 

                  在同樣密度條件下,兩種工藝成本差不多,熱發泡相對低一些,江森自控創新團隊目前正在研究熱發泡如何克服之前的劣勢,同時又能確保其客戶青睞的性能。

                上海延鋒江森座椅有限公司發泡工廠

                 

                 

                 

                  問題三:發泡材料TDI與MDI的應用范圍與區別?

                  倪海峰:

                  TDI、MDI的選擇是根據不同地區的需求來確定的,拿我們的客戶來舉例,北美的客戶,以前主要使用的是純TDI,現在有些公司開始轉用TM8020;日本傾向采用的是TDI,而歐洲用的則是MDI。而中國的客戶則是非常多元的,江森在中國異氰酸酯范圍較為寬泛,有TM8020,、MDI、和MT( TDI混在MDI里面)。

                  MDI與TDI的區別在于,MDI能夠提高泡沫的耐濕熱老化性,耐久度,但反應活性比TDI高,因此MDI用于泡沫生產的時候密度比較高?,F在歐系車一般密度要求都會在60kg/m3以上。TDI泡沫彈性較好,一般可以做到密度35kg/m3,最低據我所知是28 kg/m3的密度,但28的時候物理性能是個挑戰。這樣在同樣硬度時,TDI可以做到更低密度,從成本上能夠節約很多。但是TDI因為蒸氣壓較高,氣味大,揮發毒性較MDI高,在生產中,需要更多關注對員工健康和環境的影響.

                  不過,江森自控自2008年開始研發MDI和TDI混線生產的方式,目前已經在工廠里面開始量產。這條線的特殊性在于既可以生產MDI產品,又可生產TDI產品,另一方面從舒適性考慮,在一塊泡沫上部分用 MDI,部分用 TDI,滿足不同客戶需求。今年的上海車展大家會看到這樣的產品.

                  問題四:生物基作為一種更環保的材料,目前開發和市場應用情況如何?其提取是否更為困難?成本是否也會很高?

                  倪海峰:

                  生物基的種類很多,如江森自控就有大豆油聚醚、蓖麻油聚醚、棕櫚油聚醚?,F在在國外很多車型上已經應用了,如福特、克萊斯勒等。在中國,目前主機廠沒有這方面的需求,但隨著國家對乘用車車內空氣質量和VOC的要求越來越高,石油來源越來越少,國內的主機廠也會往生物基聚醚方向轉變。

                  至于提煉上目前并不是特別困難,現在市場上的生物基聚醚并不是100%生物基。而是將生物基油提取出來之后結合常規的聚醚合成技術,生產出來一種新的聚醚叫生物基聚醚,真正的生物基含量往往不到20%.

                  目前生物基聚醚在國內價格上隨市場波動較大,沒有形成大規模、批量化的生產,價格和常規聚醚相比沒有優勢。

                  問題五:如何衡量企業發泡技術的成熟度?

                  

                  倪海峰:

                  我們會從“人、機、料、法、環”這五個方面去考慮。

                 

                  人:是指有經驗的發泡專家,能夠保證產品滿足客戶的要求。我們江森自控在中國的發泡專家有超過40多名,針對工廠的整個制造流程會給出很多指導性的意見。

                  機:即生產設備的可靠性要高,有穩定的輸出,以保證產品的穩定性。江森自控跟全球頂級的三家發泡設備供應商—克勞斯瑪菲(KraussMaffei)、亨內基(Hennecke)、意大利Cannon都有合作。同時對設備供應商亦不斷提出引領行業的技術要求,包括設備流量的控制、壓力控制等,充分保證了設備輸出的可靠性。

                  料:指的是要有一個可靠的原材料供應。以中國為例,江森和國內外知名的、有品質保證的供應商合作。我們的異氰酸酯供應商主要是拜耳、巴斯夫和亨斯邁(Huntsman)三家,還有國內最大的異氰酸酯供應商萬華。聚醚這一塊國內我們主要和上海高橋石化、天津三石化、藍星東大,南京可利亞這些中國首屈一指的聚醚生產廠家合作。同時我們在原材料入廠之前都會進行一系列的檢驗,保證原材料的可靠性。

                  法:主要指的是制造方法和檢測方法。在制造方法方面,江森自控采用全球運營體系(Global Operations)和標準。另外,江森自控的Joint Commission Satellite Network制造體系:全球的工廠設備、制造標準流程、檢測設備亦是統一的,這樣各個工廠生產的產品可以進行比照。

                  環:主要指的環境保護。江森自控一直以來非常注重對環境和員工健康的保護,歐洲、北美、中國、東南亞的分支機構之間在工廠布局方面的歷史數據,員工的健康安全、有毒有害氣體的排放,以及工廠的通風系統,新技術和手段等方面經常會展開討論分享,最終實現既保證員工的身體健康,又不讓有毒有害的物質揮發到大氣中去。

                  總的來說,人、機、料、法、環是衡量發泡技術成熟程度的關鍵。

                江森自控R-Comfort技術

                  問題六:如何保持座椅泡沫長久不變形同時又保持它的舒適度?

                  倪海峰:

                  其實這是泡沫回彈性的一個問題,我們需要從配方,生產,和工藝角度來保證,同時兼顧考慮泡沫密度和硬度的最佳范圍,最終把泡沫結構從配方上和生產工藝上保證其穩定性。

                  江森自控在配方體系和泡沫歷史數據的積累上有自己的獨到之處, 其次我們會根據座椅的實際使用情況,采用模擬測試的方法,如反復壓縮實驗,假臀試驗,移入移出等,對泡沫或座椅進行檢測。通過這一系列的手段保證座椅在使用過程當中規避掉“坐塌陷”的問題。

                  在舒適性方面,江森自控在這方面為我們提出的是雙硬度產品或者是多硬度產品,我們會在泡沫不同區域給出不同的硬度來支撐,比如腰椎這個地方,延緩長時間駕駛的疲勞感。這次上海車展我們推出的R-Comfort,DHH泡沫既可以提高泡沫的短途駕駛的舒適性又能夠延緩長途駕駛帶來的不舒適.

                江森自控水平分層發泡(DHH

                 

                  問題七:座椅泡沫是車內污染源的一部分,關鍵控制措施有哪些?

                  倪海峰:

                  泡沫揮發物主要有兩種來源:一個是從原材料里面來(包括聚醚和催化劑、添加物),一個是反應過程當中產生的。江森自控目前的做法第一個是原材料的控制,我們有攻關小組,會跟原材料供應商展開垂直的整合,將我們的問題帶給他們,之后再經過反復的測試、檢測、反饋及修改,進而得到最佳解決方案,這樣我們先從原材料上面已經達到或者超過了國家對VOC的要求。在反應過程也是一樣,我們會采用一些添加劑或者其他一些方法,對配方進行優化,來降低反應過程當中產生的揮發物,從而能夠保證我們的產品做得非常環保。

                  事實上,從2007年開始江森自控在中國就開始研發低揮發的配方,目前很多工廠,包括通用、大眾的諸多車型用的都是我們的低揮發配方產品。

                  問題八:座椅泡沫本身很輕了,有無促其更輕的辦法?

                  倪海峰:

                  江森就有,我們主要通過模具的特殊設計,生產工藝的革新,不斷讓泡沫變薄,同時保證泡沫的舒適性和耐久度。歡迎你來今年上海車展的江森展臺, 屆時我可以給你展示我們的兩個新技術。

                  第一個是水平發泡DHH,這個是雙層發泡的技術,我們可以將泡沫底層做得比較硬一些,上面一層做得比較軟一些。側翼也可以做到是同樣的雙層發泡,也可以是不同硬度。這樣一方面有非常好表面柔軟性,又能夠保證平均的應力分布,提供長途駕駛的舒適性。另外一個技術叫R-comfort,呈現在座椅泡沫上表面會有各種紋路。一方面保證了短途駕駛的柔軟性, 并且加快氣體的流動,幫助長時間乘坐所造成的熱量的散發,同時又保證泡沫的舒適性。

                  另外,江森還在不斷尋求新的原材料,使得產品在低密度情況下,仍能保持好的物理性能.

                  問題九:座椅泡沫在降低成本上有哪些措施?

                  

                  倪海峰:

                  泡沫的成本主要由兩塊構成,一個是材料成本,一個是生產運營成本。

                 

                  材料降本:江森自控擁有自己的配方體系, 我們只是從原料供應商那里購買原料,包括催化劑,這在成本和技術上都有優勢。

                  至于生產運營成本,我們主要的努力方向是通過自動化、精益生產這兩個方面來降低我們生產運營的成本。

                  問題十:在發泡技術方面目前還有哪些技術瓶頸難逾越或者存在哪些空間?未來技術趨向是什么?

                  倪海峰:

                  聚氨酯生產是汽車座椅泡沫是行業內的通用方法.任何一種技術,都存在相應的瓶頸和空間。做泡沫這么多年,我感覺首先原材料需要提升,目前我們的原材料都是通過石油提煉出來的,在生產過程中并不能保證材料成分的單一性, 而是會有很多的雜質或副產品,而這些物質在目前的生產工藝條件下是無法完全消除的,這就會對我們最終的制品無論從VOC方向還是從性能方向都會帶來影響。

                  舉個簡單例子,聚醚的分子量,我們要求在質譜圖上,分子量的峰值寬度給做的越窄越好,但是因為化學反應的復雜性,這個峰值寬度可能會很寬,也就是平均分子量能夠做到要求,但是它里面大分子、小分子很多,最終就會對泡沫性能影響非常大。江森自控在中國現在有三個主要的研發中心(上海、長春、重慶),對原材料會用專業設備進行檢測來保證入廠的穩定性。當然這種檢測只是治標不治本的一項工作,最關鍵還是原材料的改善上。目前我們還沒有找到一個非常好的替代產品,特殊的有,但是沒有大規模的業務,且只是在實驗目前并沒有非常成功的案例。

                  需要提升的第二個方面就是泡沫的生產工藝。泡沫生產是一種閉模反應過程,我們不知道合上了模具之后里面是什么一種情況。泡沫不像金屬零件,只要設置好,生產出來的產品偏差可能就在幾μ之內的,先后連續出來的泡沫都不可能是一樣的。我們經常會碰到的問題是,同一個澆注路線,澆注配方,同樣的設備和參數, 前面生產都沒有問題,突然就會出現問題,往往還是不重現的, 這些常是由模具,設備等因素造成的。然而整個生產是我們看不見的,無法做出精確的判斷。

                  第三個是政策法規的具體實施上面,比如VOC的出臺和完善。

                  所以,我個人認為主要困難的地方和需要提升的地方是原材料、設備和政策法規的實施三個方面。

                  至于技術趨勢,我認為主要有四個方面:環保低揮發、舒適性、耐久性、靈活性和多樣性。

                  蓋世小結:

                  在此特別感謝倪海峰先生的深度剖析和講解!正所謂“完美出自于細節”,發泡僅僅是內飾中或許并不起眼的一部分,但其工序的嚴謹性、工藝的精湛追求以及材質的慎重選擇等讓我們為之驚嘆。無論您是向我一樣的門外漢還是行業專業人士,希望本文能對感興趣的你起到參考作用,如果您也有疑惑或有更好的想法和建議,不妨一起探尋! 


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