1、 聚氨酯材料的應(yīng)用概況
聚氨酯材料在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)成為汽車(chē)上用量最大的塑料品種之一，全球汽車(chē)制造業(yè)每年聚氨酯的使用量超過(guò)100萬(wàn)t。2006年，我國(guó)汽車(chē)工業(yè)年產(chǎn)量超過(guò)720萬(wàn)輛，聚氨酯的總用量將達(dá)到10萬(wàn)t以上。聚氨酯一般占車(chē)用塑膠的15%，平均每輛車(chē)的使用量為15kg，多數(shù)采用MDI系列產(chǎn)品。
根據(jù)汽車(chē)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(lái)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(chē)和家電產(chǎn)品的廢泡沫塑料回收已越來(lái)越受到人們的重視。最近，國(guó)外汽車(chē)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(guò)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(chē)內(nèi)飾件
2.1 儀表板
(1)表皮材料
目前，汽車(chē)制造商在汽車(chē)內(nèi)飾方面追求進(jìn)一步提高車(chē)內(nèi)部空間的舒適、安全和美觀，可以說(shuō)，汽車(chē)內(nèi)飾越來(lái)越向高級(jí)化的方向發(fā)展。這種高級(jí)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(chē)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(chē)內(nèi)頂棚、豪華儀表板、轉(zhuǎn)向盤(pán)、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(kāi)發(fā)既能滿(mǎn)足內(nèi)飾高級(jí)化、軟飾化、個(gè)性化，又能滿(mǎn)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(kāi)發(fā)了一種用于汽車(chē)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(mén)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(jí)以上轎車(chē)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(chē)的儀表板和門(mén)內(nèi)板，還將用于Cadillac Seville和Cadillac Deville等新車(chē)型，總之，該材料在汽車(chē)內(nèi)飾件方面的應(yīng)用才剛剛開(kāi)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(chē)儀表板和門(mén)板。據(jù)稱(chēng)，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(chē)儀表板以及扶手、門(mén)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(guò)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(shù)脂，熟化成型(微發(fā)泡)。用這種工藝可生產(chǎn)多種汽車(chē)飾件，如門(mén)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(chē)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(wèn)題等，可以創(chuàng)造出舒適的車(chē)內(nèi)環(huán)境。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的車(chē)門(mén)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(chē)儀表板、門(mén)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(chē)上主要用于轉(zhuǎn)向盤(pán)。保險(xiǎn)杠、車(chē)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(chē)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(chē)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(duì)產(chǎn)品的性能要求也很?chē)?yán)格。目前，國(guó)內(nèi)汽車(chē)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(lái)的新型汽車(chē)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(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以采用全MDI冷模塑工藝，通過(guò)改變異氰酸酯指數(shù)來(lái)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(chē)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(guó)內(nèi)居于領(lǐng)先地位。
2.3 車(chē)門(mén)扶手
扶手的結(jié)構(gòu)是中間有鋼骨架與門(mén)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?cè)诔俗鴷r(shí)有舒適感和安全感。在轎車(chē)的左、右門(mén)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(wú)氣味.硬度指標(biāo)和高、低溫性能等都好。
2.4 轉(zhuǎn)向盤(pán)總成
我國(guó)乘用車(chē)的方向盤(pán)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(chē)頂棚、門(mén)內(nèi)板
車(chē)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(wú)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(guò)層合壓制得到的。
汽車(chē)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(mén)立柱裝飾板材料常常采用PP和PPO?？紤]到材料成本，將來(lái)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(shì)。門(mén)立柱裝飾板的表面色澤必須與車(chē)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(mǎn)足批量不是很大的轎車(chē)生產(chǎn)的需求。
(2)密封用聚氨酯泡沫塑料
在汽車(chē)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(chē)身A、B柱空腔泡沫澆注，有的用減振膨脹膠片，以減少車(chē)身的振動(dòng)和噪聲。
3 微孔聚氨酯用作車(chē)底板減振墊
微孔聚氨酯泡沫塑料有望在大多數(shù)車(chē)體中替代橡膠材料用作車(chē)身底板減振墊，北美汽車(chē)制造廠正在努力使汽車(chē)更加安靜和舒適。減振墊安裝在車(chē)的底盤(pán)上，用于隔離車(chē)體與框架，以改善乘車(chē)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(chē)體裝配的替代品，具有競(jìng)爭(zhēng)性的價(jià)格，能有效地改善減振性能、延長(zhǎng)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(guò)改變材料密度，可方便地使車(chē)身底盤(pán)防振膠墊最佳化，而不是像傳統(tǒng)工藝那樣必須通過(guò)改變材料生產(chǎn)配方或產(chǎn)品幾何形狀來(lái)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(chē)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(chē)保溫層
為了有效保證車(chē)身內(nèi)飾隔音、隔熱的效果，除了冷藏車(chē)中間的保溫層使用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料外，廂式面包車(chē)還采用現(xiàn)場(chǎng)噴泡的方式來(lái)擴(kuò)大硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的應(yīng)用——在車(chē)身頂部及兩側(cè)內(nèi)部采用現(xiàn)場(chǎng)噴涂硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，并與車(chē)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(chē)體的隔熱、保溫和密封性能，防止車(chē)身腐蝕、減小車(chē)體振動(dòng)、降低車(chē)內(nèi)噪聲。每臺(tái)車(chē)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(chē)制件上的應(yīng)用也在逐步擴(kuò)大，如汽車(chē)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(duì)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(lái)，許多汽車(chē)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(shì)，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(chē)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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有毒氣體。
汽車(chē)儀表板的功能多、零件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，汽車(chē)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(shì)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(mǎn)足安全、美觀的要求。
轎車(chē)的車(chē)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(chē)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(lái)的發(fā)展趨勢(shì)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(chǎng)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(chē)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(wàn)多t，僅長(zhǎng)春就需要用4000t。為捷達(dá)、奧迪、馬自達(dá)、解放汽車(chē)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(wèn)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(kāi)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(wèn)題。
