1、 聚氨酯材料的應(yīng)用概況
聚氨酯材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)成為汽車上用量最大的塑料品種之一，全球汽車制造業(yè)每年聚氨酯的使用量超過100萬t。2006年，我國汽車工業(yè)年產(chǎn)量超過720萬輛，聚氨酯的總用量將達(dá)到10萬t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(shù)采用MDI系列產(chǎn)品。
根據(jù)汽車構(gòu)件的不同，聚氨酯以泡沫塑料、彈性體、膠粘劑等不同的形態(tài)和性能來適應(yīng)不同的要求。比如聚氨酯泡沫塑料隨著配方的改變，具有質(zhì)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(diǎn)，其優(yōu)越性是其他材料不能比擬的。
汽車和家電產(chǎn)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(chǎn)商已經(jīng)能夠回收使用30%的廢泡沫塑料，其生產(chǎn)過程是將廢泡沫塑料進(jìn)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(chǎn)地毯襯背及其他墊材。
2 、汽車內(nèi)飾件
2.1 儀表板
(1)表皮材料
目前，汽車制造商在汽車內(nèi)飾方面追求進(jìn)一步提高車內(nèi)部空間的舒適、安全和美觀，可以說，汽車內(nèi)飾越來越向高級化的方向發(fā)展。這種高級化首先體現(xiàn)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(nèi)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(nèi)部吸音、吸振材料和骨架材料復(fù)合成車內(nèi)頂棚、豪華儀表板、轉(zhuǎn)向盤、座椅等。這種發(fā)展實(shí)際上與材料再生利用、降低成本自相矛盾。因此，開發(fā)既能滿足內(nèi)飾高級化、軟飾化、個(gè)性化，又能滿足輕量化、低成本、材料再生利用要求的內(nèi)飾用新材
料是當(dāng)務(wù)之急。
BASF公司開發(fā)了一種用于汽車內(nèi)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(nèi)飾件面層，其性能優(yōu)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(yōu)異的機(jī)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(yōu)異的耐久性(耐氣候、耐高低溫、耐擦傷)使其成為高品質(zhì)C級以上轎車內(nèi)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(nèi)板，還將用于Cadillac Seville和Cadillac Deville等新車型，總之，該材料在汽車內(nèi)飾件方面的應(yīng)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(chǎn)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(jù)稱，該工藝比澆注成型可節(jié)省70%的時(shí)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(zhì)聚氨酯泡沫塑料，并與金屬或塑料骨架固定。半硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的特點(diǎn)是具有較高的壓縮負(fù)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(hù)墊層材料。
(3)骨架材料
一種聚氨酯結(jié)構(gòu)反應(yīng)模塑(SRIM)技術(shù)在歐美已有廣泛使用，可以有效減輕零部件的質(zhì)量。其工藝過程是：先預(yù)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(fā)泡)。用這種工藝可生產(chǎn)多種汽車飾件，如門內(nèi)飾板、衣帽架、儀表板骨架和頂棚骨架等。SRIM的優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)零部件力學(xué)性能的不同，靈活設(shè)計(jì)壁厚、弧度或加強(qiáng)筋。與注塑等產(chǎn)品相比，SRIM具有較低的車內(nèi)噪聲，還能提高產(chǎn)品的物理性能，如密度更低、延伸率更高、不容易產(chǎn)生臭味及發(fā)霉問題等，可以創(chuàng)造出舒適的車內(nèi)環(huán)境。國內(nèi)現(xiàn)有的車門板的生產(chǎn)技術(shù)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(diào)罩等內(nèi)飾件。另一種技術(shù)是短切玻璃纖維噴射成型。
RIM、RRIM技術(shù)成型的聚氨酯制品在汽車上主要用于轉(zhuǎn)向盤。保險(xiǎn)杠、車身壁板，發(fā)動(dòng)機(jī)罩、行李箱蓋。散熱器格柵、擋泥板、擾流板等。RRIM制品的質(zhì)量只有鋼材的55%，但零件表面質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定性需進(jìn)一步改進(jìn)，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(chǎn)品的性能要求也很嚴(yán)格。目前，國內(nèi)汽車用的聚氨酯泡沫座墊大多為均一密度的冷熟化產(chǎn)品。近幾年發(fā)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(chǎn)既可以采用聚醚多元醇和異氰酸酯經(jīng)由雙頭或多頭混合頭注入模具來實(shí)現(xiàn)，也可以采用全MDI冷模塑工藝，通過改變異氰酸酯指數(shù)來準(zhǔn)確控制座墊不同部位的硬度——座墊中部柔軟、兩側(cè)較硬。軟泡沫給人以舒適感，兩側(cè)堅(jiān)硬部分提供支撐性能，當(dāng)汽車高速行駛或轉(zhuǎn)彎時(shí).有助于保持駕駛員和乘客的身體穩(wěn)定、提高乘坐的安全性。一汽集團(tuán)富奧公司已采用3組分混合技術(shù)生產(chǎn)出雙硬度和多硬度泡沫，技術(shù)在國內(nèi)居于領(lǐng)先地位。
2.3 車門扶手
扶手的結(jié)構(gòu)是中間有鋼骨架與門板固定、外層覆蓋自結(jié)皮半硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，表面具有裝飾性花紋，使人們在乘坐時(shí)有舒適感和安全感。在轎車的左、右門內(nèi)護(hù)板上也有擱手，其材質(zhì)有自結(jié)皮半硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，也有搪塑表皮中填泡沫塑料結(jié)構(gòu)。使用在該部位的材質(zhì)應(yīng)耐汗、無氣味.硬度指標(biāo)和高、低溫性能等都好。
2.4 轉(zhuǎn)向盤總成
我國乘用車的方向盤基本上都是以半硬質(zhì)自結(jié)皮聚氨酯泡沫塑料做為外覆蓋層，內(nèi)部由鋼骨架經(jīng)焊接而成，現(xiàn)已逐漸轉(zhuǎn)向鋁鎂合金整體壓鑄。覆蓋層的硬度一般在ShoreA60～80。
2.5 隔音、隔熱用途的泡沫塑料
(1)汽車頂棚、門內(nèi)板
車內(nèi)頂棚是采用各種材料復(fù)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(zhì)頂棚采用聚氨酯泡沫塑料復(fù)合纖維織物、無紡布及人造革等材料制成，硬質(zhì)頂棚是采用織物纖維、玻璃纖維、紙板和聚氨酯泡沫經(jīng)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(nèi)飾采用PVC薄膜+PU復(fù)合后，在其表面沖有小孔，再用粘接劑貼于駕駛室頂內(nèi)。門立柱裝飾板材料常常采用PP和PPO?？紤]到材料成本，將來高流動(dòng)性、高剛性、抗沖擊性良好的PP材料具有一定的優(yōu)勢。門立柱裝飾板的表面色澤必須與車內(nèi)整體顏色匹配，要求防靜電、耐擦傷、美觀，因此發(fā)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(chǎn)技術(shù)能夠滿足批量不是很大的轎車生產(chǎn)的需求。
(2)密封用聚氨酯泡沫塑料
在汽車的暖風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、儀表板總成，電器部分或其它部位都有一些矩形軟質(zhì)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(dòng)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(shù)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(zhì)量。微孔聚氨酯是獨(dú)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(jià)格，能有效地改善減振性能、延長材料性能保持時(shí)間、減輕質(zhì)量，并且改善了組裝工藝。使用微孔聚氨酯的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)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(tǒng)工藝那樣必須通過改變材料生產(chǎn)配方或產(chǎn)品幾何形狀來調(diào)整。后者需制作原型，成本高且費(fèi)時(shí)。低發(fā)泡PVC材料+PU發(fā)泡材料+多孔材料這種復(fù)合結(jié)構(gòu)多用于輕型客車上，將低發(fā)泡PVC材料采用真空吸塑后定形，在局部填充發(fā)泡PU材料，并在背面局部粘貼多孔材料。該結(jié)構(gòu)既富有彈性又比較挺實(shí)，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(nèi)飾隔音、隔熱的效果，除了冷藏車中間的保溫層使用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料外，廂式面包車還采用現(xiàn)場噴泡的方式來擴(kuò)大硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的應(yīng)用——在車身頂部及兩側(cè)內(nèi)部采用現(xiàn)場噴涂硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，并與車身內(nèi)、外蒙皮粘接成一個(gè)有機(jī)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(dòng)、降低車內(nèi)噪聲。每臺(tái)車估計(jì)用量在20kg左右。
硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料制成的發(fā)動(dòng)機(jī)隔熱罩由聚氨酯泡沫，玻璃纖維氈、尼龍織物層或鋁薄膜復(fù)合壓制而成，具有質(zhì)輕、隔熱性好的特點(diǎn)。
玻纖增強(qiáng)聚氨酯泡沫塑料在汽車制件上的應(yīng)用也在逐步擴(kuò)大，如汽車整體頂內(nèi)飾用制件采用紡織物加玻纖增強(qiáng)PU制成。再如輪罩擋泥板、油底殼擋泥板等制件輕薄、形狀復(fù)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(yīng)用技術(shù)展望
近來，許多汽車內(nèi)飾件呈現(xiàn)出以聚烯烴(PO)泡沫塑料取代聚氨酯(PUR)材料的發(fā)展趨勢，幾種聚烯烴泡沫塑料正在不斷挑戰(zhàn)聚氨酯泡沫塑料在許多方面的應(yīng)用，包括汽車內(nèi)裝飾件表層、泡沫、涂復(fù)纖維、織物和隔聲系統(tǒng)。發(fā)泡聚烯烴替代聚氨酯泡沫塑料的推動(dòng)力在于產(chǎn)品成本，還有制品的回收性和是否能夠減少毒氣的排放，因?yàn)樵赑UR泡沫加熱層壓織物過程中會(huì)產(chǎn)生有毒氣體。
汽車儀表板的功能多、零件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，汽車內(nèi)飾件材料的回收利用首先應(yīng)該考慮儀表板。目前的儀表板大多由PVC表皮+半硬發(fā)泡PU+骨架構(gòu)成，材料的回收利用非常困難。儀表板的發(fā)展趨勢是，設(shè)計(jì)上容易拆卸且容易裝配、選材上符合設(shè)計(jì)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(jìn)熱塑性塑料儀表板和單一品種塑料儀表板的發(fā)展，但應(yīng)滿足安全、美觀的要求。
轎車的車內(nèi)頂棚一般由玻璃纖維+發(fā)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(fā)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(qiáng)復(fù)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(chǎn)品，以其近似天然皮革、外觀鮮艷、質(zhì)地柔軟、耐磨。耐折、耐酸堿等特點(diǎn)，從20世紀(jì)70年代發(fā)展至今，已經(jīng)有了相當(dāng)大的規(guī)模，但由于透氣性和吸濕性較差，近幾年的發(fā)展已經(jīng)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(qiáng)度和韌性，而且耐老化。透氣、透濕、不透水、耐油，是種成熟的環(huán)保材料。
一汽集團(tuán)富奧江森公司是汽車內(nèi)飾制品行業(yè)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(dá)1萬多t，僅長春就需要用4000t。為捷達(dá)、奧迪、馬自達(dá)、解放汽車配套供應(yīng)的座椅、儀表板等軟化制品的品種多達(dá)100多個(gè)，每年耗用聚氨酯原材料3000多t。
聚氨酯泡沫和制品存在的技術(shù)問題主要有：MDI、TDI和添加劑混合科的存放穩(wěn)定性、產(chǎn)品的耐濕熱老化性、由于發(fā)泡工藝不穩(wěn)定而形成的產(chǎn)品空泡、開裂等缺陷。
聚氨酯泡沫和制品的發(fā)展需求主要有：輕量化、多硬度、低氣味、低霧度、耐老化、存放穩(wěn)定性、環(huán)保方面，如發(fā)泡劑的替代問題。
