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                聚氨酯發泡在汽車上的應用

                2018-06-20

                聚氨酯材料的應用概況

                    聚氨酯材料在汽車工業中的應用越來越廣泛,已經成為汽車上用量最大的塑料品種之一,全球汽車制造業每年聚氨酯的使用量超過100t。2006年,我國汽車工業年產量超過720萬輛,聚氨酯的總用量將達到10t以上。聚氨酯一般占車用塑膠的15%,平均每輛車的使用量為15kg,多數采用MDI系列產品。

                    根據汽車構件的不同,聚氨酯以泡沫塑料、彈性體、膠粘劑等不同的形態和性能來適應不同的要求。比如聚氨酯泡沫塑料隨著配方的改變,具有質量輕、隔熱、回彈性好、舒適性好、低溫性能好、耐用、安全性和吸振性較高等特點,其優越性是其他材料不能比擬的。

                    汽車和家電產品的廢泡沫塑料回收已越來越受到人們的重視。最近,國外汽車生產商已經能夠回收使用30%的廢泡沫塑料,其生產過程是將廢泡沫塑料進行清洗、粉碎、干燥,最后用粘合劑將這些廢泡沫塑料粘在一起,即可用于生產地毯襯背及其他墊材。

                    2 汽車內飾件

                    2.1 儀表板

                    (1)表皮材料

                    目前,汽車制造商在汽車內飾方面追求進一步提高車內部空間的舒適、安全和美觀,可以說,汽車內飾越來越向高級化的方向發展。這種高級化首先體現在采用了多種性能各異的材料(纖維織物、真皮革、植毛),使車內所有表面軟飾化并力求美化(花紋深粗、木紋、顏色匹配)。軟飾表面材料與內部吸音、吸振材料和骨架材料復合成車內頂棚、豪華儀表板、轉向盤、座椅等。這種發展實際上與材料再生利用、降低成本自相矛盾。因此,開發既能滿足內飾高級化、軟飾化、個性化,又能滿足輕量化、低成本、材料再生利用要求的內飾用新材料是當務之急。

                    BASF公司開發了一種用于汽車內部裝飾的聚氨酯彈性體蒙皮材料(TPU)Elastoskin,用于儀表板和門板內飾件面層,其性能優于目前采用的聚氯乙烯(PVC)及其他蒙皮材料,成本比PVC等蒙皮材料還低,是PVC理想的替代品。該材料具有優異的機械性能、非常好的皮革粒面感、柔韌性和豪華感,可用于雙色制品;優異的耐久性(耐氣候、耐高低溫、耐擦傷)使其成為高品質C級以上轎車內飾件表皮材料的首選。該材料已用于Buick Park Avenue、Oldsmobile Aurora及凱迪拉克CTS等轎車的儀表板和門內板,還將用于Cadillac SevilleCadillac Deville等新車型,總之,該材料在汽車內飾件方面的應用才剛剛開始。使用芳香族聚氨酯噴涂成型表皮的更大意義在于為生產聚氨酯一體化(聚氨酯噴涂表皮+低密度聚氨酯緩沖泡沫+聚氨酯短切纖維骨架)的可回收儀表板提供了一條有效途徑。

                    另外,Bayer的熱塑性聚氨酯采用吹塑成型工藝,用于汽車儀表板和門板。據稱,該工藝比澆注成型可節省70%的時間。

                    (2)儀表板緩沖層

                    儀表板外表皮采用真空成形后,中間填充半硬質聚氨酯泡沫塑料,并與金屬或塑料骨架固定。半硬質聚氨酯泡沫塑料的特點是具有較高的壓縮負荷、突出的減振性能,非常適于制造汽車儀表板以及扶手、門柱等部件的防護墊層材料。

                    (3)骨架材料

                    一種聚氨酯結構反應模塑 (SRIM)技術在歐美已有廣泛使用,可以有效減輕零部件的質量。其工藝過程是:先預成型表皮,將玻纖氈放入模具,然后再注入聚氨酯樹脂,熟化成型(微發泡)。用這種工藝可生產多種汽車飾件,如門內飾板、衣帽架、儀表板骨架和頂棚骨架等。SRIM的優點是可以根據零部件力學性能的不同,靈活設計壁厚、弧度或加強筋。與注塑等產品相比,SRIM具有較低的車內噪聲,還能提高產品的物理性能,如密度更低、延伸率更高、不容易產生臭味及發霉問題等,可以創造出舒適的車內環境。

                    國內現有的車門板的生產技術是,事先在模具中鋪入玻璃纖維,然后注入組合科,合模后熟化模塑出所需的汽車儀表板、門板、空調罩等內飾件。另一種技術是短切玻璃纖維噴射成型。

                    RIM、RRIM技術成型的聚氨酯制品在汽車上主要用于轉向盤。保險杠、車身壁板,發動機罩、行李箱蓋。散熱器格柵、擋泥板、擾流板等。RRIM制品的質量只有鋼材的55%,但零件表面質量和尺寸穩定性需進一步改進,用量不是很大。

                    2.2 汽車的座墊、靠背和頭枕

                    座墊、靠背和頭枕是聚氨酯泡沫塑料在汽車上用量很大的部位,也是人們乘坐舒適性最敏感的地方,因而對產品的性能要求也很嚴格。目前,國內汽車用的聚氨酯泡沫座墊大多為均一密度的冷熟化產品。近幾年發展起來的新型汽車座墊采用的是雙硬度或多硬度泡沫,這種雙硬度座墊的生產既可以采用聚醚多元醇和異氰酸酯經由雙頭或多頭混合頭注入模具來實現,也可以采用全MDI冷模塑工藝,通過改變異氰酸酯指數來準確控制座墊不同部位的硬度——座墊中部柔軟、兩側較硬。軟泡沫給人以舒適感,兩側堅硬部分提供支撐性能,當汽車高速行駛或轉彎時.有助于保持駕駛員和乘客的身體穩定、提高乘坐的安全性。一汽集團富奧公司已采用3組分混合技術生產出雙硬度和多硬度泡沫,技術在國內居于領先地位。

                    2.3 車門扶手

                    扶手的結構是中間有鋼骨架與門板固定、外層覆蓋自結皮半硬質聚氨酯泡沫塑料,表面具有裝飾性花紋,使人們在乘坐時有舒適感和安全感。在轎車的左、右門內護板上也有擱手,其材質有自結皮半硬質聚氨酯泡沫塑料,也有搪塑表皮中填泡沫塑料結構。使用在該部位的材質應耐汗、無氣味.硬度指標和高、低溫性能等都好。

                    2.4 轉向盤總成

                    我國乘用車的方向盤基本上都是以半硬質自結皮聚氨酯泡沫塑料做為外覆蓋層,內部由鋼骨架經焊接而成,現已逐漸轉向鋁鎂合金整體壓鑄。覆蓋層的硬度一般在ShoreA6080。

                    2.5 隔音、隔熱用途的泡沫塑料

                    (1)汽車頂棚、門內板

                    車內頂棚是采用各種材料復合加工成型的制品,要求具有隔熱、吸音、隔音、吸振等多種功能。軟質頂棚采用聚氨酯泡沫塑料復合纖維織物、無紡布及人造革等材料制成,硬質頂棚是采用織物纖維、玻璃纖維、紙板和聚氨酯泡沫經過層合壓制得到的。

                    汽車上使用聚氨酯泡沫塑料片材的地方也較多,如座椅的面料目前采用較多的是紡織物+PU+針織合成纖維。頂內飾采用PVC薄膜+PU復合后,在其表面沖有小孔,再用粘接劑貼于駕駛室頂內。

                    門立柱裝飾板材料常常采用PPPPO??紤]到材料成本,將來高流動性、高剛性、抗沖擊性良好的PP材料具有一定的優勢。門立柱裝飾板的表面色澤必須與車內整體顏色匹配,要求防靜電、耐擦傷、美觀,因此發展丙烯板材與表面裝飾材料一體真空成型或熱壓成型的生產技術能夠滿足批量不是很大的轎車生產的需求。

                    (2)密封用聚氨酯泡沫塑料

                    在汽車的暖風空調系統、儀表板總成,電器部分或其它部位都有一些矩形軟質聚氨酯泡沫塑料的密封塊。車身A、B柱空腔泡沫澆注,有的用減振膨脹膠片,以減少車身的振動和噪聲。

                    3 微孔聚氨酯用作車底板減振墊

                    微孔聚氨酯泡沫塑料有望在大多數車體中替代橡膠材料用作車身底板減振墊,北美汽車制造廠正在努力使汽車更加安靜和舒適。減振墊安裝在車的底盤上,用于隔離車體與框架,以改善乘車及駕駛質量。微孔聚氨酯是獨特的隔音、消振(NVH)的革新材料。

                    微孔聚氨酯作為橡膠車體裝配的替代品,具有競爭性的價格,能有效地改善減振性能、延長材料性能保持時間、減輕質量,并且改善了組裝工藝。使用微孔聚氨酯的另一個優點是,通過改變材料密度,可方便地使車身底盤防振膠墊最佳化,而不是像傳統工藝那樣必須通過改變材料生產配方或產品幾何形狀來調整。后者需制作原型,成本高且費時。

                    低發泡PVC材料+PU發泡材料+多孔材料這種復合結構多用于輕型客車上,將低發泡PVC材料采用真空吸塑后定形,在局部填充發泡PU材料,并在背面局部粘貼多孔材料。該結構既富有彈性又比較挺實,而且腳感性、隔音、隔熱性能較好。

                    4 冷藏車保溫層

                    為了有效保證車身內飾隔音、隔熱的效果,除了冷藏車中間的保溫層使用硬質聚氨酯泡沫塑料外,廂式面包車還采用現場噴泡的方式來擴大硬質聚氨酯泡沫塑料的應用——在車身頂部及兩側內部采用現場噴涂硬質聚氨酯泡沫塑料,并與車身內、外蒙皮粘接成一個有機整體,從而有效地提高車體的隔熱、保溫和密封性能,防止車身腐蝕、減小車體振動、降低車內噪聲。每臺車估計用量在20kg左右。

                    硬質聚氨酯泡沫塑料制成的發動機隔熱罩由聚氨酯泡沫,玻璃纖維氈、尼龍織物層或鋁薄膜復合壓制而成,具有質輕、隔熱性好的特點。

                    玻纖增強聚氨酯泡沫塑料在汽車制件上的應用也在逐步擴大,如汽車整體頂內飾用制件采用紡織物加玻纖增強PU制成。再如輪罩擋泥板、油底殼擋泥板等制件輕薄、形狀復雜,對工藝要求較高,而且要求防石濺、耐沖擊并能承受高、低溫性能。

                    5 應用技術展望

                    近來,許多汽車內飾件呈現出以聚烯烴(PO)泡沫塑料取代聚氨酯(PUR)材料的發展趨勢,幾種聚烯烴泡沫塑料正在不斷挑戰聚氨酯泡沫塑料在許多方面的應用,包括汽車內裝飾件表層、泡沫、涂復纖維、織物和隔聲系統。發泡聚烯烴替代聚氨酯泡沫塑料的推動力在于產品成本,還有制品的回收性和是否能夠減少毒氣的排放,因為在PUR泡沫加熱層壓織物過程中會產生有毒氣體。

                    汽車儀表板的功能多、零件多、結構復雜,汽車內飾件材料的回收利用首先應該考慮儀表板。目前的儀表板大多由PVC表皮+半硬發泡PU+骨架構成,材料的回收利用非常困難。儀表板的發展趨勢是,設計上容易拆卸且容易裝配、選材上符合設計要求并考慮回收的可能性,盡量做到美觀和低成本。這就有可能促進熱塑性塑料儀表板和單一品種塑料儀表板的發展,但應滿足安全、美觀的要求。

                    轎車的車內頂棚一般由玻璃纖維+發泡聚氨酯+表面裝飾織物等成型,貨車一般采用表面附有人造革或纖維織物的泡沫片材粘貼型頂棚??紤]到功能和回收利用的要求,將來的發展趨勢是骨架、吸音、隔熱和表皮材料盡量為同種材料,或者使用不需分離、可直接一次性回收使用的增強復合材料。

                    PU革逐漸替代PVC人造革。PVC人造革作為第一代人工皮革產品,以其近似天然皮革、外觀鮮艷、質地柔軟、耐磨。耐折、耐酸堿等特點,從20世紀70年代發展至今,已經有了相當大的規模,但由于透氣性和吸濕性較差,近幾年的發展已經受到一定限制。目前,凡是使用PVC的場合,PU均能成為其替代品。PU不僅有卓越的高強度和韌性,而且耐老化。透氣、透濕、不透水、耐油,是種成熟的環保材料。

                    一汽集團富奧江森公司是汽車內飾制品行業的骨干廠,每年座椅、儀表板等軟化制品耗用的聚氨酯原材料達1萬多t,僅長春就需要用4000t。為捷達、奧迪、馬自達、解放汽車配套供應的座椅、儀表板等軟化制品的品種多達100多個,每年耗用聚氨酯原材料3000t。

                    聚氨酯泡沫和制品存在的技術問題主要有:MDI、TDI和添加劑混合科的存放穩定性、產品的耐濕熱老化性、由于發泡工藝不穩定而形成的產品空泡、開裂等缺陷。

                    聚氨酯泡沫和制品的發展需求主要有:輕量化、多硬度、低氣味、低霧度、耐老化、存放穩定性、環保方面,如發泡劑的替代問題


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