聚氨酯泡沫塑料对汽车工业的适应性

　　车用塑料特辑聚氨酯泡塑料对汽车工业的适应性张钟（南京汽车研究所，南京210028）重对仪表板的工艺性进行了介绍。对从事产品设计和非金属开发人员具有-定价值。

　　1前言我国从引进轻型、重型、微型汽车到“八五”期间重点引进轿车充分反映了汽车工业做为支柱产业来带动相关工业发展的重要性，也反映了在我国国民经济发展中对汽车的品种、质量和需求量在不断地增加，特别是人们对汽车的动力性、舒适性、外观、内饰软化、轻量化、使用寿命等都有更高的要求。除了其它的非金属材料外，聚氨酯泡沫塑料在汽车工业中的应用越来越广泛，随着汽车的构件不同，聚氨酯泡沫塑料应以不同性能来适应汽车的要求，因为聚氨酯泡沫塑料随着配方的改变，具有质量轻、隔热、回弹性好、舒适性好、低温性能、耐用性、安全性吸震与其它材料有较高的粘附性等特点。由于聚氨酯泡沫塑料的显著特点，在汽车工业的应用中越来越成为不可缺少的材料，其优越性也是其它材料所不能相比的。而其适应性大致在以下几个方面反映出来。

　　2在汽车上使用部位及工艺、性能的特性由于我国近年来引进车型较多，而各种车型在应用聚氨酯泡沫塑料有共同的地方，也有不同处，下面以结合我厂的生产车型与其它车型的应用情况，分叙如下。

　　2.1方向盘总成汽车方向盘是汽车上的安全件之一。现在我国引进车型的方向盘基本上都是半硬质自结皮聚氨酯泡沫塑料做为外覆盖层，内部由钢骨架经焊接而成，固定在铝合金模具或低熔点合金模具内经发泡机注压为成品，由于方向盘处于安全件的位置，对其性能要求很严格，自结皮聚氨酯泡沫塑料的覆盖层也有专门的性能要求，以引进意大利IVEC0车为例有如下要求：硬度：指邵氏A的硬度一般在50耐光性：在规定的黑板温度、相对温度、喷水时间、周期、光照时间等情况下连续进行300h的氙灯老化试验，不允许变色或其他变化，允许轻微的失去光泽；*2*C的恒温箱内经48h后，方向盘应无收缩，骨架与覆盖物无分离或其他变化；为一循环，共进行5个循环，方向盘应无断裂、裂缝、变形或其他变化；与ABS采用复合薄片的形式。两种薄片的表面都可耐汗性：在方向盘上截取局部的试样，置于配比的模拟的汗液溶剂中，在规定时间后取出，其表面无膨胀褪色发粘或其他变化；f覆盖物与骨架的扭矩：将方向盘截取规定的长度，使其固定在夹具内，用力扳手测取骨架与覆盖物之间发生相对转动的扭矩值，是否满足规定的指标值；*2*C恒温箱中24h取出后，放入带密封盖的玻璃容器中，再置于恒温箱内70 *2*C/24h，取出后打开容器不允许有令人厌恶的气味逸出；耐洗洁剂：用浸有改性酒精的棉团在覆盖物的外表面擦拭10s后，其外表面不允许变软、变粘或有其他的变质，允许轻微失去光泽；8410测试其燃烧速度是否满足规定的指标。

　　上述对覆盖层的要求，与其他引进车型可能有差异，可做为参照与借鉴之处。

　　2.2仪表板总成汽车仪表板总成在汽车内饰中起着安装仪表、收录机、空调开关、暖风及各种灯具开关等的固定位置，也起着一种完整、协调、色彩柔和、装饰、美化的作用。

　　目前汽车仪表板总成有两种趋势：一种为硬质：采用工程塑料注射成形，并有很多零件拼装而成；另一种为软质：即仪表板外表皮采用真空成形后，中间填充半硬质聚氨酯泡沫塑料，并与金属或塑料骨架固定而成，也有外表皮采用搪塑后与半硬质聚氨酯泡沫塑料、骨架固定的方式。

　　下面介绍软质仪表板总成表皮及仪表板总成的有关性能：软质仪表板总成其结构如所示。

　　表皮材料与性能表皮材质可有两种选择，一种为软聚氯乙烯与ABS共混后采用压延薄片而成；另一种为软聚氯乙烯以压延成所需的装饰性花纹。从成形技术要求来看，复合薄片更为理想，也是国外普遍采用的材质，因为此工艺加工的薄片定型性能好，使仪表板表面每一个细节都能很好成形，是理想的仪表板表皮材料。

　　横心15MPa断裂伸长率>100% f抗磨性：在70r/min及加载1kg的情况下旋转2000次，其花纹不应被磨掉。

　　软质仪表板总成的机械物理性能：a耐热性：100±3 5h其仪表板的外形及尺寸不应产生变化；用重200g钢球自0.8m高自由落下撞击仪表板左、中、右侧不应有裂纹及其他不正常现象；c.耐冷热循环：0±2C/3h*23C*2C/0.5h40±2C/3h*23*2C/0.5h共进行3个循环后检查仪表板，不应产生外形尺寸变化和其他异常现象；d耐振性：将仪表板总成按与汽车完全一样的位置，安装在振动试验台上，使谐振点高于35Hz最大加速度小于10g-软质仪表板的真空成形工艺仪表板的真空成形系统由成形台、模具、油压、压缩空气、电加热和电气控制系统所组成，具体工艺如下。

　　先将模具预热，其温度可根据选用的表皮软化温度而定（一般在135*C~160C）然后按a将表皮裁剪成与模具大小的片材平铺在模具上表面，并用压料圈夹紧，从成形台的滚轮机构中把加热用的红外线灯或加热板拉出，对表皮加热，一般在0.5min~1min左右，此时表皮已软化稍有下沉，即时将加热装置推回原位，并开启真空泵的控制开关，就可把表皮吸下与模腔紧紧贴在一起（见b）再将上模具放入，可带有2.3汽车的坐垫、靠背、头枕汽车上坐垫、靠背、头枕是聚氨酯泡沫塑料在汽车上用量很大的部位，也是人们乘坐舒适性最敏感的地方，因而对其性能要求也很严格。

　　垫、背采用的聚氨酯泡沫塑料目前有冷熟化与热熟化两种类型。而我国引进车型基本上采用冷熟化的垫、靠，原先各汽车厂生产的车型基本上采用热熟化的垫、靠，冷热熟化的性能对比如下。

　　熟化温度回弹性耗能量冷泡：1kg舒适性IFD的数值精确到1N热泡：舒适性系数<20耐用性冷泡使用了交联剂，冷泡交联点间的分子量是热泡的2倍。

　　冷泡所加的填料与原材料发生化学反应，形成轴曲型网状结构，增强了力学性能。而热泡所加的填料属非反应型，致使强度下降，耐磨耗性能差，所以影响泡垫的使用寿命。

　　一般在冷泡与热泡中加入阻燃剂就可满足阻燃的效果。而冷泡密度>35kg/m3就可达到自熄级，因为在聚合过程中能产生脲基，生成氮气，所以能起到自熄作用。配方中加入交联剂，密度降到29kg/m3左右也可自熄。

　　上述所反映的性能可以看出，冷熟化泡沫有其独特的优越性，越来越多地被汽车厂家所应用。就其性能来看，考核也是非常严格的，如IVECO车有如下性能要求：⑴压陷性能在完整的制品上，并按图纸规定的位置进行试验，以50*5mn/min的速度压缩求出50%的硬度值；并求出65%IFD/25%IFD的值来表示承载系数，即舒适系回弹性能本试验采用落球回弹方式测定泡沫塑料的回弹性能。按GB6670-86规定的设备和方法进行试验，指标压缩强度3高度为50mm）的试样，以100±10mn/min速度压缩，求出压缩50 %时的负荷，并计算单位面积的负荷值（g/cm2），此值>2g/cm2.动态疲劳性能按压缩强度试样来取样，分别测量试验前高度和压缩强度；将试样置于往复试验机中，使其最大变形为原始高度的75%，最小变形为0，在60*5次/分的频率下，往复压缩7. 5万次后，再测量试样高度和压缩强度，并计算厚度损失和压缩强度损失变化率；厚度损失压缩永久变形性能按压缩强度取样，并测量原始高度。将试样压缩至原高50%的夹具中，置于70*2*C恒温箱内，22h后测量厚度并计算厚度的变化率，要求<10%.拉伸强度将试样制成10mm厚，并冲成哑铃状，试样中间25mn有效长度内，以500±25mn/min速度测试拉伸断裂强度和断裂伸长率。拉伸强度要求：>80kPa~撕裂强度50mm的缺口，以100mn/min速度进行拉伸，记录载荷一位移曲线；不考虑前面10mn和后面10mm以余下曲线的最大力值和最小力值的平均值作为撕裂力，除以试样的原厚，即得撕裂强度；其值要求：>2.0N/cm.低温韧性15mm的试样，置于一40±2°C冰箱内，22h后取出，即迅速扭转360*不允许出现断裂或裂纹。

　　线性尺寸的测定6342-86规定的设备和方法，测定泡沫塑料两特定点、两衡线或两平面之间由角、边或面确定的最短距离的值。

　　表观密度634386所规定的方法进行测定。

　　干热老化性能按压缩强度试样取样，测量干热老化前的压缩强度，然后将试样放入90*C*2*C烘箱内200h进行干热老化，取出后置室温16h后再测试压缩强度，计算压缩强度的变化率，一般在+40%~―20%.湿热老化性能按压缩强度试样取样，测试湿热老化前的压缩强度。然后将试样置于90*C*2*C，相对湿度94%~100%的恒温箱中200h，进行湿热老化，取出后置室温16h后再测量压缩强度，并计算压缩强度的变化率，+振动舒适性按照“汽车座椅振动舒适性试验方法”规定的设备和方法进行试验，即静载试验、传递特性试验（只对座垫）、随机振动试验（只对座垫）。

　　与整车悬挂的匹配性能4970-85*汽车平顺性随机输入行驶试验方法“规定的设备和方法进行试验以考察座垫和整车悬挂匹配的情况。

　　根据以上综合性能的考核才能做出对汽车靠背和座垫的评价。如果性能达不到要求，可在设计和材质上进行改进。

　　现代汽车特别是轿车为了满足乘员的舒适要求，减轻司乘人员的疲劳，提高安全性，要求单独设置头枕。其形状较座垫要简单，内装有可以插入靠背的骨架，在靠背上的高度一般都可以调节，有的内部还装有可以调整其倾斜角度的机构，其主体也是聚氨酯模塑制品。一般模塑制品制成实心体外表再包覆织物层；也有自结皮模塑制品，一般制成格栅状，外表面不覆盖任何织物，直接安装使用。就汽车头枕的性能要求有如下内容。

　　⑴抽出载荷载荷加在零件的中线上平行于抽出方向，记录所有记号处的载荷数据与规定的指标比较。并要求在60C*2C及一25C*2C温度条件下进行重复测量。

　　⑵间隙测量在一个交替的载荷条件下，测头枕的纵向与横向间隙。

　　疲劳寿命按照施加头枕某一点，施加250Nm旋转力矩，频率为20次/分，并进行20000次循环后，其间隙的增加<20%.能量损耗性能按照承载一屈服试验台架，用Y165mn的球形压头以241km/h速度撞击头枕，其球头的减速度不应超过80g，并延续千分之三秒以上。

　　阻燃性耐热性能有外表变形。

　　低温性能22h后，沿长尺寸方向将试样快速卷起360*不应损坏。

　　承载性能在规定的圆形试件上，施加力与变形的关系是否符合特定车型的需要的指标。

　　压力下的永久变形性能在成品上按规定的部位和尺寸取样，并在专用的夹具内压缩高度50%后置于701±2/22其永久变形一般要求<20%.上述头枕有关性能可根据各种车型，对一些指标和性能进行调整。

　　2.4隔音、隔热用途的泡沫塑料为了有效地保证车身内饰隔音、隔热的效果。除了冷藏车中间保温层使用硬质聚氨酯泡沫塑料来达到冷藏效果外，厢式面包车也采用现场喷泡的方式来扩大应用，如我厂A40.10厢式车在车身顶部及两侧内部都采用现场喷涂硬质聚氨酯泡沫塑料，既起到隔热、隔音的效果，同时也具有减小噪音的作甩每台车估计用量在22kg左右。

　　对于硬质聚氨酯泡沫塑料有如下性能要求：表观密度吸水性~95%计72h测量试验前后的质量变化率。

　　燃烧速度尺寸稳定性与漆板的粘接要求粘接力大于内聚力。

　　耐盐雾性能把硬泡与漆板的粘接试样置于盐雾箱内300h后，其硬泡接触范围应耐腐蚀；同时其粘附力应大于内聚力。

　　如果能满足硬质聚氨酯泡沫塑料的上述性能要求，在汽车中的应用是比较有把握的。

　　2.5搁手与扶手10、A30.10车的乘客座椅旁有搁手；在4人座椅前方有较长圆型的扶手，其结构采用中间有钢骨架，并在外覆盖自结皮半硬质聚氨酯泡沫塑料，表面具有装饰性花纹，使人们在乘座时有舒适和安全感。

　　在轿车的左右门内护板上也有搁手，其材质有自结皮半硬质聚氨酯泡沫塑料，也有搪塑表皮中填泡沫塑料结构。使用在该部位的材质应耐汗，无气味，硬度指标和高、低温性能等都好。

　　2.6玻纤增强聚氨酯泡沫塑料玻纤增强聚氨酯泡沫塑料在汽车上做为制件也在逐步扩大应用，有做为汽车整体顶内饰用制件，如现已投产的A30.10车顶内饰就是采用纺织物加玻纤增强PU的材料制成；也有用做轮罩挡泥板、油底壳挡泥板等制件，这些制件轻薄、形状复杂，对工艺要求较高，而且要求有防石溅、耐冲击和能承受高、低温性能。

　　而对用做汽车顶内饰的玻纤增强PU材料，其性能要求大致如下：尺寸稳定性能<0.5%且试样不产生变形等缺陷。

　　单位面积的质量根据各种车型的需要和质量提出单位面积的质量要求。

　　耐冷热交变性能一40C/8h循环两次后，不允许有变形、开裂等现象。

　　弯曲模量根据不同车型的要求而定，一般在>400MPa左右。

　　气味性通过检验不应有令人厌恶的气味。

　　阻燃性能8140方法进行测试，其燃烧速度剥离强度顶内饰外表面都复合着纺织物或其它材质，其剥抗腐烂性将水中浸泡的试样，在密封的玻璃容器中，置烘箱*C/350h后，试样应无霉菌和腐烂气味。

　　2.7复合聚氨酯泡沫塑料片材汽车上使用聚氨酯泡沫塑料片材的地方也较多，如座椅的面料目前采用较多的是纺织物+PU +针织合成纤维。顶内饰也采用PVC薄膜+PU复合后，在其表面冲有Y1的小孔，再用粘接剂贴于驾驶室顶内。

　　在这些部位使用的聚氨酯片材，多采用大块泡沫塑料经裁剪而成，其性能可参照软质聚氨酯泡沫塑料的标准来验收。

　　2.8密封用聚氨酯泡沫塑料在汽车的暖风空调系统、仪表板总成、电器部分或其它部位都有一些矩形软质聚氨酯泡沫塑料的密封铃木尚男，迟田韶郎，等。口匕涂装技术①现状t今后①课题NIPPON了一些外来样品，部分测试结果对比如表4所示。

　　配方的摩擦磨损性能仍然比较优秀。

　　4结论填充改性PTFE材料的摩擦磨损性能受到材料组成、混合方式、成型工艺条件等多种因素的影响，只有充分考虑到每一种因素，才有可能获得最佳性能。

　　PTFE、碳纤维、青铜粉、石墨四元复合填充共混体系通过溶剂混合，辅以高速旋转下的机械破碎可以获得很好的摩擦磨损性能。

　　目前国内通用的硅烷类偶联剂在本试验中的8配方中对提高填充改性PTFE材料的摩擦磨损性能几乎没有贡献。

　　多年来研究人员在提高材料的摩擦磨损性能（上接17页）河西纯一，关根康浩自动车|J7°又千ッ夕又，水谷笃自动车7°5又，夕又工一21999，临时增刊号：0-51.左滕宽树，田中秀明，佐野博成。工卜yッ野村岩，金子隆兴等口匕涂装0亡处理法自动车技术，1985（上接22页）条；有缓慢恢复型，也有带很薄表皮的，颜色呈黑色，并在一面涂有压敏胶，装配起来很方便可靠。此泡沫塑料应根据不同部位的性能要求进行选用或进行后处理工艺。

　　以上是聚氨酯泡沫塑料的特点在汽车各个部位的适用性，可见此材料在汽车工业所处的重要地位，相信（上接28页）张玉清，等。聚丙烯的发展及催化合金新技术。高分子材料科学与工程，19993.任杰，黄岳元。PTFE复合材料填料与性能现代塑料加工应用，19973.何叶尔°李力。聚丙烯树脂的加工与应用。工业设备与原高熔体强度聚丙烯DaployHMSJ.塑料信息，1999，（10）：8.吴建国，等。高熔体强度聚丙烯材料制备。中国塑料，苗迎春。聚丙烯透明剂的现状与发展趋势J.中国塑黎地，等透明聚丙烯J现代塑料加工应用，1999，11