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汽车座椅用PU发泡软垫的制造工艺


汽车座椅用 PU 发泡软垫的制造工艺

2009-04-16 09:47:41

座椅用 PU 发泡软垫一般采用发泡机模塑成型工艺。 发泡机可分为低压发泡机和高压发泡机。 低压发泡机是把 A 组分 (异氰酸酯) B 组分 和 (多 元醇+发泡剂+催化剂+其他辅助材料)经计量泵输送到浇注头的搅拌室中,经搅拌后注入发 泡模内成型。其缺点是每次浇注后搅拌室要用溶剂将残余物洗净,浪费溶剂,污染环境,但 设备投资低。 高压发泡机是 A、 两组分经高压泵送入高压浇注头的混合室中, 15~18MPa B 在 高压下瞬间混合后即浇入模内发泡成型。其优点是混料均匀,不需要用溶剂清洗,但设备投 资较高。 座椅垫模压成型可采用热硫化法或冷硫化法。 热硫化工艺是把 A、B 两种组分浇入模具后,需在 160℃以上温度下硫化 10~14min,模具 冷却后脱模即得制件。由 150~250℃的热风炉提供热能,在模内进行聚合、发泡、硬化等 工序,完成一隔周期(包括脱模时间)约 10~15min。 这种工艺需要把模具反复加热和冷却,工业上多采用金属模具,铝合金模尤其适宜。同时需 采用大型烘道,因此好能大。而且金属模具具有优良的导热性能,不易变形和清洗方便。 由于 PU 对于大多数材料具有较强的粘结性,为了便于制品脱模,通常使用高熔点微晶蜡的 溶液或水溶液以及聚乙烯分散液,或采用长效期脱模剂,如各种硅、氟树脂。 在热硫化模压工艺中,为得到满意的模塑制品,必须采用有效的硫化条件。通常在发泡结束 之后,模具必须在 1min 内迅速加热,以补充模具表面的热量损失。但加热太快易造成泡沫 的不温度因素,引起部分塌泡,但过多的热量易使脱模剂液化被泡沫体所吸收,易造成黏附 在模具表面。如加热太慢,则影响硫化,影响制品的压缩变形性能。加热热源可采用气体燃 料或其他辐射加热等方法,加热后还需在烘道中进行保温。由于上述装置占地面积大,能量 损耗可观,目前多采用微波加热。微波加热是通过激化内部的物料分子使温度升高,加热速 度快, 在模温较低的情况下,物料能迅速硫化, 设备紧凑, 厂房占地面积少,能量损耗较少。 近年来冷硫化模压工艺得到了发展。此法节约能量,生产效率提高,且可以采用廉价的非金 属模具,逐渐取代了热硫化工艺。但是,热硫化法利用较廉价的聚醚多元醇可得到具有低密 度、高伸长率、压缩永久变形小的制品。因此在日本和欧洲仍由很多公司用热流化法生产汽 车座椅垫,尤其是靠垫和后排座的泡沫垫。 影响泡沫塑料性能的因素 一、加工因素 泡沫塑料性能受加工因素的影响,主要有设备、工艺过程的控制和加工人员的操作经验。泡 沫塑料在加工过程中特别是在发泡膨胀过程中,受控制因素的影响,使生成的气泡变形,从 圆形变化到椭圆形或细长型。这样泡壁沿膨胀方向拉长,致使泡沫塑料出现各向异性。结果 沿拉力方向的力学性能增大(纵向强度增大) ,而垂直于取向方向的强度降低。对聚氨酯泡 沫塑料所做的实验表明,泡孔的拉伸度越大,则相应的压缩应力比和模量比也越大,故泡沫 塑料的各向异性程度也越大。作为泡沫塑料应尽量避免各向异性。 二、泡孔尺寸 泡孔尺寸大小是影响泡沫塑料压缩强度的重要因素之一。 用光谱显微镜对两种泡孔大小不同 的泡沫塑料样品所做的压缩实验表明,大泡孔(0.5~1.5mm)泡沫塑料样品被压缩 10%时, 外层泡孔肋架开始弯曲,当被压缩到 25%时,外层泡孔崩塌,内层泡孔开始弯曲,泡沫体

中心的泡孔开始变形。对于小泡孔(0.025~0.075mm)泡沫塑料样品,当被压缩时泡孔呈 等量压缩, 即泡沫体的内外泡孔可均匀地吸收外加压缩能量, 一般认为小泡孔泡沫塑料压缩 性能好于大泡孔泡沫塑料。 三、泡孔结构 同一种泡沫其开孔和闭孔所表现的性能是不一样的。 实验结果表明, 随开孔率提高其压缩强 度明显下降。压缩强度是衡量泡沫塑料主要性能的指标之一,要生产高压缩度的泡沫塑料, 应提高闭孔率,反之则应提高开孔率。另外,泡孔的大小还会影响其吸水率,即泡孔直径越 大,吸水率不久越大。 四、发泡倍率 泡沫塑料的性能还取决于树脂性能、发泡剂用量、泡沫体密度等因素,这些因素又与成型条 件又直接关系。随着发泡倍率的增大,泡沫体的拉伸强度、弯曲强度、热变形温度等都随之 下降,而制品的成型收缩率增加。 汽车座椅:PU 泡沫复合材料的生态替代品 欧洲联盟内每年有 700 至 900 万辆汽车报废, 废旧汽车上材料的回收再利用率占汽车材料总 量的 75%左右,其馀的 25%成了特殊垃圾粉碎机下的简单馏出物,包括塑料、纺织品、玻 璃和金属混合物。 对於现有汽车组件在材料和结构方面的再生处理要求, 欧洲各个国家制订 了内部法规及国际条例,例如 1997 年颁布关于旧汽车报废及无环境污染处理条件(简称汽 车条例,德文简写为 AltautoV) 、1996 年制订关于经济循环法框架内有关符合环境要求和旧 汽车(PKW)回收利用的个人自主责任法(以上两个德国法规从 1998 年 4 月 1 日起开始生 效) ,以及 2000 年欧盟制订的旧汽车回收法规等。 根据上述情况,欧盟批准一个为期 4 年的研究项目(代号 BRPR—CT96—0292) ,旨在研 从使用特性、 制造方法以及经济学角度 究开发适合汽车内饰衬垫用的可回收利用无纺织布。 来考虑,这种复合材料必须达到下列要求: * 表层材质和垫层材质一致; * 能完全回收利用; * 可使用再生纤维; * 要求和使用特性得到保证; * 改善座椅套的温度条件; * 减少弥雾和不良气味; * 采用不污染环境的胶和工艺; * 生产成本低。 传统的汽车座椅套复合材料由 3 层构成:覆层是机织或针织的面料,其中聚酯是最主要 的纤维材料,占 90%左右;中间层是厚度 2?8mm 的 PU 泡沫层,底层则是由聚酯纤维或聚 氨酯网眼覆盖,聚氨酯是用来粘结这两层的胶剂。 用 PU 泡沫复合材料制成的椅套有复原能力强及制作工艺先进等优点, 但在多年的使用时 暴露了几个主要缺点: 由於采用火焰胶和工艺, 生产过程产生的燃烧物排放到空气引起污染; 这些物质还会散布在新生产的汽车里,散发不良的气味;另外,它的透气性很差,影响了乘 坐的舒适性。该复合材料的另一个缺点是不能回收再利用,主要因为其构成材料不同,含聚

氨酯泡沫的胶和织物不能分解,不能把制作过程中产生的边脚料和废旧物回收利用。 德 国 萨 克 森 开 姆 尼 斯 纺 织 研 究 所 (S?hsisches Textilforschungsinstitut e.V., Chemnitz, Germany)开发一种可回收利用的立体组织无纺布,以取代 PU 泡沫复合材料。 目前,无纺织物於汽车内部装饰的应用日趋普遍,如车门面板和座椅椅套。它的生产成 本合理,且结构多样。新开发的立体组织无纺布由内、外 2 个毛圈层和在两层之间垂直排列 的绒头层构成(图 1b),这种垂直排列的纤维使 Multiknit 无纺布在承压後拥有良好的回弹能 力。 这种立体组织无纺布毛圈层和绒头层被胶和在一起。根据生产厂商的现行标准及供货条 件进行的试验表明,该产品具有良好的回弹性、耐撕破和耐磨特性。 无纺布的生产 为了保持椅套的特性,立体组织无纺布采用马利莫线圈技术的 Kunit 和 Multiknit 方法生 产,具有本身的特性谱系,单面或双面配置的毛圈层及绒头层类,仿效现时由 PU 泡沫层与 底部聚酯和聚氨酯网眼层的组合。 立体组织无纺布可在现有的机器上生产,但要修改下列的工艺参数和机械参数:机械隔 距、线圈长度、表面材料、厚度、刷毛杆的偏心距。在 Kunit 型马利莫线圈机上加工这种无 纺布时使用的最佳机器参数为:机器隔距 F18,刷毛杆偏心距 17mm,线圈长度约 2.3mm。 相应地,在 Multiknit 型马利莫新型线圈机上的机器隔距为 F14 或 F18,线圈长度约 2.3mm。 纤维使用方面,根据生产成本最低、使用价值可靠的要求,最好使用纤维混合物。其组 份分别为:纤维细度 5?7dtex 的 PES-原始纤维,加入 15%的热型性纤维,以及 30?40%的再 生纤维; 考虑到其後的热胶和工序, 可以选用具有不同熔点的无定型及结晶聚酯双组份纤维, 这种纤维在混合物占的比例为 12?18%。为了针对性地影响产品的性能,可以相应地利用不 同材料混合。 就剪裁批量加工而言,要求套在座椅上的椅套表面要光滑,经过 Kunit-无纺布的热处理 形成平滑而密实的表面,使能满足这方面的要求。如果想提高光滑性,可以采用 Multiknit无纺布的第二个毛圈层。 无纺布的胶和 生产无纺布需要进行热胶和, 随後进行机械结合以稳定绒头, 藉以改善弹性, 同时使 Kunit 无纺布外部及闭合的毛圈层的松散结构变得平坦。 要达到以上的效果, 可以采用一级胶和或 二级胶和的生产工艺。 采用一级式生产时,无纺布在一道工序里同时进行覆层面料与纤维网的热胶和及层压处 理, 二级式方法则把无纺布的热胶和及层压处理分开进行。 这种无纺布既可以在普通的火焰 胶和装置上,也可以在平板胶和装置等其它胶和系统上进行生产。进行无纺布热处理时,最 好采用平板式胶和定型设备, 以求针对性地在冷、 热区与胶和罗拉间调节加热履带和筘齿间 隙温度,从而使产品的特性达到要求。这套设备除了进行热胶和之外,还可根据要求在一道 工序同时完成与座椅套表层无纺布的胶和。 座椅套生产厂现有的剪裁和加工机器上,适合加工各种椅套胶和织物,热胶和剂生产厂 提供的工艺方法也几乎可以全部采用,从经济角度考虑,最好采用粉末状粘合剂。由于无纺 布与泡沫材料的组织结构不同,在精确裁剪时每刀只能切较少层数的织物。另外,其剪裁形 状要求达到最佳状态,以确保完成缝制的座套与座椅相匹配。 回收利用 在生产立体组织无纺布时,面料的纤维材料使用聚酯,如使用同类聚酯能保证椅套材料 可以重复利用。 其次,通过对无纺布和纺织面料制成的复合材料进行剪切和撕拉试验,如改变产品的收 缩速度、延伸几何形状、撕拉缝隙、滚筒植针和磨损速度等工艺参数,证明无纺布具有很强

的再循环功能,而且回收纤维可以再应用到无纺布的生产。研究也表明,回收纤维的质量很 大程度上取决于椅套的面料和材料结构。 试验发现,对含有 100%的原始纤维,或含有一定再生纤维成份制成的无纺布复合材料, 按照 Malimo-缝制工艺进行椅套加工,也具有较好的压力弹性,而且在其厚度为 2.0?2.5mm 时,使用起来效果更加理想。 椅套测试 在汽车制造厂的汽车座椅实验臺上, 对由 100%PES-原始纤维构成的无纺布加工而成的汽 车椅套垫层进行长时间测试, 其中包括把椅套装在待试验的汽车上, 在椅套承载各种负荷情 况下,汽车模拟行驶了 16,000 公里的液压脉冲试验。测试的结果十分理想,证明可以与常 用产品抗衡。测试结果反映新型无纺布的多种优点: * 采用单面有毛圈层的 Kunit-无纺布做汽车椅套, 可以满足使用的要求。 如要提高使用价值, 可以采用双面带毛圈层的 Multiknit-无纺布; * 利用新材料制造的材料可以重复利用,而且不会污染环境,十分透气,使乘坐更加舒适; * 当把座椅负荷调整为 100kg/m3 时,两种复合材料测得的特性数据为:按[a30-5H%]方法 测量,PU 泡沫复合材料椅套的压力弹性约 30,无纺布椅套的压力弹性为 40;按[a30-E3%] 方法测量时,PU 泡沫复合材料椅套的压力弹性约 95;无纺布椅套的压力弹性约 92。两种产 品的永久定型(乾燥)分别为 8%和 17?20%左右,二者的压缩强度均为 5kPa 左右。 与一般复合材料相比,无纺布胶和织物的性能和技术参数都具有明显优势,表现在物质 层数减少,有良好的回收利用性,环保特性提高,加上透气性良好,使座椅更加舒适。 产品发展前景 基于多年的优化调整,汽车椅套用复合材料的生产成本仍然比新产品低。但是,通过新 产品的生产工艺进一步改进和使用再生纤维, 总成本自有下调的潜力。 边脚余料作为原材料 回收利用,可以免除余料堆放的费用;新产品更可以改善废旧汽车的处理情况。将经济和生 态学的各种情况综合考虑,新产品的生产成本可以与过往的产品媲美。 展望将来,汽车椅套可以用聚酯生产的复合材料和无纺布胶和织物进行组合生产,如用 Kunit 和 Multiknit 无 纺布生 产汽车座 椅套的覆层和 底衬,椅 套侧面使用马 利弗里 斯 (Malivlies)-无纺布。这种组合生产的方法,已在奔驰小型运输车驾驶者座椅椅套的生产 上成功应用。 除了汽车椅套外,该产品也可应用在汽车内部其它 2?7mm 的底衬,以及门板的纺织装饰、 立柱装饰,以致皮革饰面的底衬。 聚氨酯发泡材料在汽车上应用的新技术 聚氨酯材料的正确使用,可以满足汽车在动力性、舒适性、外观、内饰软化、轻量化、使用 寿命等方面的高性能要求,是现代汽车制造中不可缺少的重要材料。 1 聚氨酯材料的应用概况 聚氯酯材料在汽车工业中的应用越来越广泛, 已经成为汽车上用量最大的塑料品种之一, 全球汽车制造业每年聚氨酯的使用量超过 1 00 万 t。2006 年,我国汽车工业年产量超过 720 万辆,聚氨酯的总用量将达到 10 万 t 以上。聚氨酯一般占车用塑胶的 15%.平均每辆车的使 用量为 15 kg,多数采用 MDI 系列产品。 根据汽车构件的不同,聚氨酯以泡沫塑料、弹性体、胶粘剂等不同的形态和性能来适应 不同的要求。比如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、低温性能好、耐用、安全性和吸振性较高等特点,其优越性是其他材料不能比拟的。 汽车和家电产品的废泡沫塑料回收已越来越受到人们的重视。最近,国外汽车生产商已

经能够回收使用 30%的废泡沫塑料,其生产过程是将废泡沫塑料进行清洗、粉碎、干燥, 最后用粘合剂将这些废泡沫塑料粘在一起,即可用于生产地毯衬背及其他垫材。 2 汽车内饰件 2.1 仪表板 (1)表皮材料 目前,汽车制造商在汽车内饰方面追求进一步提高车内部空间的舒适、安全和美观,可 以说, 汽车内饰越来越向高级化的方向发展。 这种高级化首先体现在采用了多种性能各异的 材料(纤维织物、真皮革、植毛) ,使车内所有表面软饰化并力求美化(花纹深粗、木纹、 颜色匹配) 。软饰表面材料与内部吸音、吸振材料和骨架材料复合成车内顶棚、豪华仪表板、 转向盘、座椅等。这种发展实际上与材料再生利用、降低成本自相矛盾。因此,开发既能满 足内饰高级化、软饰化、个性化,又能满足轻量化、低成本、材料再生利用要求的内饰用新 材料是当务之急。 BASF 公司开发了一种用于汽车内部装饰的聚氨酯弹性体蒙皮材料(TPU)Elastoskin, 用于仪表板和门板内饰件面层,其性能优于目前采用的聚氯乙烯(PVC)及其他蒙皮材料, 成本比 PVC 等蒙皮材料还低,是 PVC 理想的替代品。该材料具有优异的机械性能、非常好 的皮革粒面感、柔韧性和豪华感,可用于双色制品;优异的耐久性(耐气候、耐高低温、耐 擦伤)使其成为高品质 C 级以上轿车内饰件表皮材料的首选。该材料已用于 Bujck Park Avenue、OIdsmobiie Aurora 及凯迪拉克 CTS 等轿车的仪表板和门内板,还将用于 Cadillac Seville 和 Cadillac Deville 等新车型,总之,该材料在汽车内饰件方面的应用才刚刚开始。 使用芳香族聚氨酯喷涂成型表皮的更大意义在于为生产聚氨酯一体化(聚氯酯喷涂表皮+低 密度聚氨酯缓冲泡沫+聚氨酯短切纤维骨架)的可回收仪表板提供了一条有效途径。 另外,Bayer 的热塑性聚氨酯采用吹塑成型工艺,用于汽车仪表板和门板。据称,该工艺 比浇注成型可节省 70%的时间。 (2)仪表板缓冲层 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。半硬质聚氨酯泡沫塑料的特点是具有较高的压缩负荷、突出的减振性能,非常适于制 造汽车仪表板以及扶手、门柱等部件的防护垫层材料。 (3)骨架材料 一种聚氯酯结构反应模塑(SRlM)技术在欧美已有广泛使用,可以有效减轻零部件的质 量。其工艺过程是:先预成型表皮,将玻纤毡放入模具,然后再注入聚氯酯树脂,熟化成型 (微发泡) 。用这种工艺可生产多种汽车饰件,如门内饰板、衣帽架、仪表板骨架和顶棚骨 架等。SRIM 的优点是可以根据零部件力学性能的不同,灵活设计壁厚、弧度或加强筋。与 注塑等产品相比,SRIM 具有较低的车内哚声,还能提高产品的物理性能,如密度更低、延 伸率更高、不容易产生臭味及发霉问题等,可以创造出舒适的车内环境。 国内现有的车门板的生产技术是,事先在模具中铺入玻璃纤维,然后注入组合料,合模 后熟化模塑出所需的汽车仪表板、门板、空调罩等内饰件。另一种技术是短切玻璃纤维喷射 成型。 RIM、RRIM 技术成型的聚氨酯制品在汽车上主要用于转向盘、保险杠、车身壁板、发动机 罩、行李箱盖、散热器格栅、挡泥板、扰流板等。RRIM 制品的质量只有钢材的 55%,但 零件表面质量和尺寸稳定性需进一步改进,用量不是很大。 2.2 汽车的座垫、靠背和头枕 座垫、靠背和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,因而对产品的性能要求也很严格。目前,国内汽车用的聚氯酯泡沫座垫大多为 均一密度的冷熟化产品。 近几年发展起来的新型汽车座垫采用的是双硬度或多硬度泡沫, 这

种双硬度座垫的生产既可以采用聚醚多元醇和异氰酸酯经由双头或多头混合头注入模具来 实现,也可以采用全 MDI 冷模塑工艺,通过改变异氰酸酯指数来准确控制座垫不同部位的 硬度——座垫中部柔软、两侧较硬。软泡沫给人以舒适感.两侧坚硬部分提供支撑性能,当 汽车高速行驶或转弯时,有助于保持驾驶员和乘客的身体稳定、提高乘坐的安全性。一汽集 团富奥公司已采用 3 组分混合技术生产出双硬度和多硬度泡沫,技术在国内居于领先地位。 2.3 车门扶手 扶手的结构是中间有钢骨架与门板固定、外层覆盖自结皮半硬质聚氨酯泡沫塑料,表面 具有装饰性花纹, 使人们在乘坐时有舒适感和安全感。 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。 2.4 转向盘总成 我国乘用车的方向盘基本上都是以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,现已逐渐转向铝镁合金整体压铸。覆盖层的硬度一般在 Shore A60-80。 2.5 隔音、隔热用途的泡沫塑料 (1)汽车顶棚、门内板 车内顶棚是采用各种材料复合加工成型的制品,要求具有隔热、吸音、隔音、吸振等多 种功能。软质顶棚采用聚氨酯泡沫塑料复合纤维织物、无纺布及人造革等材料制成,硬质顶 棚是采用织物纤维、玻璃纤维、纸板和聚氨酯泡沫经过层合压制得到的。 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。顶内饰采用 PVC 薄膜+PU 复合后,在其表面冲有小孔,再用粘接剂贴 于驾驶室顶内。 门立柱装饰板材料常常采用 PP 和 PPO。考虑到材料成本,将来高流动性、高刚性、抗冲 击性良好的 PP 材料具有一定的优势。门立柱装饰板的表面色泽必须与车内整体颜色匹配, 要求防静电、耐擦伤、美观,因此发展丙烯板材与表面装饰材料一体真空成型或热压成型的 生产技术能够满足批量不是很大的轿车生产的需求。 (2)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 沫塑料的密封块。车身 A、B 柱空腔泡沫浇注,有的用减振膨胀胶片,以减少车身的振动和 噪声。 3 微孔聚氨酯用作车底板减振垫 微孔聚氨酯泡沫塑料有望在大多数车体中替代橡胶材料用作车身底板减振垫,北美汽车 制造厂正在努力使汽车更加安静和舒适。减振垫安装在车的底盘上,用于隔离车体与框架, 以改善乘车及驾驶质量。微孔聚氨酯是独特的隔音、消振(NVH)的革新材料。 微孔聚氯酯作为橡胶车体装配的替代品,具有竞争性的价格。能有效地改善减振性能、 延长材料性能保持时间、 减轻质量, 并且改善了组装工艺。 使用微孔聚氨酯的另一个优点是, 通过改变材料密度, 可方便地使车身底盘防振胶垫最佳化, 而不是像传统工艺那样必须通过 改变材料生产配方或产品几何形状来调整。后者需制作原型,成本高且费时。 低发泡 PVC 材料+PU 发泡材料+多孔材料这种复合结构多用于轻型客车上, 将低发泡 PVC 材料采用真空吸塑后定形,在局部填充发泡 PU 材料,并在背面局部粘贴多孔材料。该结构 既富有弹性又比较挺实,而且脚感性、隔音、隔热性能较好。 4 冷藏车保温层 为了有效保证车身内饰隔音、隔热的效果,除了冷藏车中间的保温层使用硬质聚氨酯泡 沫塑料外, 厢式面包车还采用现场喷泡的方式来扩大硬质聚氨酯泡沫塑料的应用——在车身 顶部及两侧内部采用现场喷涂硬质聚氨酯泡沫塑料, 并与车身内、 外蒙皮粘接成一个有机整

体。从而有效地提高车体的隔热、保温和密封性能,防止车身腐蚀、减小车体振动、降低车 内噪声。每台车估计用量在 20 kg 左右。 硬质聚氨酯泡沫塑料制成的发动机隔热罩由聚氨酯泡沫、玻璃纤维毡、尼龙织物层或铝 薄膜复合压制而成,具有质轻、隔热性好的特点。 玻纤增强聚氨酯泡沫塑料在汽车制件上的应用也在逐步扩大,如汽车整体顶内饰用制件 采用纺织物加玻纤增强 PU 制成。再如轮罩挡泥板、油底壳挡泥板等制件轻薄、形状复杂, 对工艺要求较高,而且要求防石溅、耐冲击并能承受高、低温性能。 5 应用技术展望 近来,许多汽车内饰件呈现出以聚烯烃(PO)泡沫塑料取代聚氨酯(PUR)材料的发展 趋势, 几种聚烯烃泡沫塑料正在不断挑战聚氨酯泡沫塑料在许多方面的应用, 包括汽车内装 饰件表层、泡沫、涂复纤维.织物和隔声系统。发泡聚烯烃替代聚氨酯泡沫塑料的推动力在 于产品成本,还有制品的回收性和是否能够减少毒气的排放,因为在 PUR 泡沫加热层压织 物过程中会产生有毒气体。 汽车仪表板的功能多、零件多、结构复杂,汽车内饰件材料的回收利用首先应该考虑仪 表板。目前的仪表板大多由 PVC 表皮+半硬发泡 PU+骨架构成,材料的回收利用非常困难。 仪表板的发展趋势是, 设计上容易拆卸且容易装配、 选材上符合设计要求并考虑回收的可能 性, 尽量做到美观和低成本。 这就有可能促进热塑性塑料仪表板和单一品种塑料仪表板的发 展,但应满足安全、美观的要求。 轿车的车内顶棚一般由玻璃纤维+发泡聚氯酯+表面装饰织物等成型,货车一般采用表面 附有人造革或纤维织物的泡沫片材粘贴型顶棚。考、虑到功能和、回收利用的要求,将来的 发展趋势是骨架、吸音、隔热和表皮材料尽量为同种材料,或者使用不需分离、可直接一次 性回收使用的增强复合材料。 PU 革逐渐替代 PVC 人造革。 PVC 人造革作为第一代人工皮革产品, 以其近似天然皮革、 外观鲜艳、质地柔软、耐磨、耐折、耐酸碱等特点,从 20 世纪 70 年代发展至今,已经有了 相当大的规模。但由于透气性和吸湿性较差,近几年的发展已经受到一定限制。目前,凡是 使用 PVC 的场合,PU 均能成为其替代品。PU 不仅有卓越的高强度和韧性,而且耐老化、 透气、透湿、不透水、耐油,是种成熟的环保材料。 一汽集团富奥江森公司是汽车内饰制品行业的骨干厂,每年座椅、仪表板等软化制品耗 用的聚氨酯原材料达 1 万多 t,仅长春就需要用 4000 t。为捷达、奥迪、马自达、解放汽车 配套供应的座椅、仪表板等软化制品的品种多达 100 多个,每年耗用聚氨酯原材料 3 000 多 t。 聚氯酯泡沫和制品存在的技术问题主要有:MDI、TDI 和添加剂混合料的存放稳定性、 产品的耐湿热老化性、由于发泡工艺不稳定而形成的产品空泡、开裂等缺陷。 聚氨酯泡沫和制品的发展需求主要有:轻量化、多硬度、低气味、低雾度、耐老化、存 放稳定性、环保方面,如发泡剂的替代问题。 汽车内饰件的设计与制造 立帜汽车制造网 汽车的内饰与外部有很大的不同,外部主要体现视觉效果,是供他(她) 人观赏的, 而汽车的内部环境却直接与驾乘人员的身心感受密切相关; 即因为汽车的外部是 给别人看的, 而人们真正享受的是汽车的内饰, 内饰强调触觉、 手感、 舒适性和观赏性等等。 所以多数情况下, 内饰的设计应更多的体现以人为本的原则。 对于一个成功的汽车外形设计, 我们可以说“很漂亮”,而对于一个成功的汽车内饰设计来说,则评价为“很舒适”。所以,汽 车内饰设计必须以适应人的多种需要为出发点,达到乘坐舒适、驾驶安全和便利目的,并且

具有可观赏性。 汽车内饰件包括仪表板、车门内护板、转向盘、座椅、顶棚、地垫、遮阳板、储物盒、 烟灰缸等,另外还有一些附属设备如音响、空调、通信、电视、照明灯具等。各种各样的设 备,功能、形态与结构相差很大,怎样把它们有机地组合在一起,形成一个统一协调美观的 设计方案呢?这些都是设计人员要考虑的。 仪表板 仪表板总成也叫仪表盘总成,它是汽车上主要内饰件,它壁薄,体积大,上面开有很多 方孔、圆孔等仪表孔,且结构形状十分复杂;仪表板是全车操控与显示的集中部位。 仪表板的器件按其功能一般划分为驾驶操控区和乘用功能区两部分。驾驶操控区即主仪 表区,指操控车辆行驶的有关功能区,一般集中在转向盘前面,如行车仪表、灯光开关、刮 水器开关等;乘用功能区即副仪表区,指空调旋钮、音响控制、储物盒等,一般集中在仪表 板的中部及右部。 ◆ 仪表板的设计 在现代汽车中,绝大多数的操控开关都是驾驶员专用的,所以,仪表板的设计首先以驾 驶员位置对仪表的可视性和对各种操控件的操作方便性为依据; 仪表板的设计重点是对驾驶 员操作区域的设计。在视觉效果上,仪表板位于室内视觉集中的部位,其形体对驾乘人员也 有很强的视觉吸引力。在布置仪表时,要根据相关标准来选用和确定所用仪表、显示器和主 要操纵控制件的位置,此外还要从结构空间进行人机工程实验,其中包括视野性、手、脚活 动范围、肘部空间、手伸界面、按钮区布局等诸多方面。同时在设计时,还需注意仪表板面 的反光效果,既要提高仪表的可见度,又要通过表罩的漫反射方法减少眩光,还要防止仪表 板上的高点在前风窗玻璃的内表面形成反射影像, 以免干扰驾驶员的视觉。 必须对仪表板表 面进行消光或亚光处理,以获得舒适安全的驾驶感觉。 再者仪表板上安装的仪表和各种器件大都来自不同的生产厂家, 设计时要保证各不同生产厂 家的器件的颜色、质感、纹理的统一,还要注意仪表表面、指针、屏显、数字、警示灯、刻 度盘等的形体、颜色及灯光效果一致,这些在方案设计初期都要处理妥当,为后期的细化和 局部设计作好准备。 ◆ 仪表板的分类与制造 目前使用的仪表板按其材料可分为硬仪表板和软仪表板;按其结构可分为整体式仪表板 和组合式仪表板;组合式仪表板又可分为上、下分块式仪表板,左、右分块环抱式仪表板, 左、中、右分块式仪表板,中置式仪表板等。 硬仪表板常用于轻、小型货车和大货车、客车上使用,一般采用 PP、PC、ABS、ABS/PC 等一次性注射成型。这种仪表板表面有花纹,尺寸很大,无蒙皮,表面质量要求很高,对材 料,要求耐湿、耐热,刚性好不易变形。但由于对采用多点注射成型,易形成流痕和粘接痕, 同时添加色母不均,容易产生色差,因此表面需经涂装才能使用,且最好选用亚光漆涂装。 另外,高档仪表板追求质感,如在仪表板表面做一部分桃木饰纹也是一种发展方向,中国重 汽的斯太尔 “王”、“HOWO”就是此种类型。欧洲汽车的仪表板以 ABS/PC 及增强 PP 为主, 美国汽车多用苯乙烯/顺丁烯二酸酐 SMA,这种材料价格低,耐热、耐冲击,具有良好的综 合性能;日本汽车的仪表板曾采用过 ABS、增强 PP 材料,目前以玻璃纤维增强的 SAN 为 主,也有采用耐热性更好的改性 PPE。 软质仪表板由表皮、骨架材料、缓冲材料等构成。一般档次的汽车如普桑、一汽捷达,

其骨架材料用硬纸板、木材,时代超人和武汉富康用的是 PC/ABS 合金,奥迪和一汽红旗及 斯太尔 “7001”产品采用钢板骨架,也有用 ABS、改性 PP、FRP 做骨架等。表皮材料,如桑 塔纳、捷达、富康及斯太尔“7001”均采用 PVC/ABS 或 PVC 片材,并带有皮纹,其加工工艺 是先将表皮真空吸塑成型后,具体工艺是将吸塑好的表皮修剪后备用,置入发泡模腔内,再 放上骨架,然后注入缓冲类发泡材料(如 PU)而成形。由于半硬质 PU 泡沫的开孔性,因 此它具有良好的回弹性,并能吸收 50%—70%的冲击能量,安全性高,耐热,耐寒,坚固耐 用,且手感好。但是由这三种以上材料构成的仪表板,材料的再生利用极为困难,为了便于 回收利用, 正在发展用热塑性聚烯烃 TPO 表皮和改性聚丙烯 PP 骨架及聚丙烯发泡材料构成 的仪表板。 随着电子技术的应用,将把高度的控制技术、发动机前置前轮驱动汽车操纵系统以及其 它中央控制系统集中在仪表板周围, 因此可能由纺织物取代目前的聚氨酯发泡体表面覆盖的 聚乙烯表皮。 门内护板 汽车的门内护板占据了驾驶室内左右两个侧面,是汽车内饰中重要的功能件和装饰件, 使用十分频繁,门内护板上装有门锁内手柄、门锁开启按钮、玻璃升降器手柄、扶手、杂物 袋、扬声器等,并对肘部活动空间有直接影响。 ◆ 门内护板的设计 早期汽车的门内护板只是一块平坦的板件,类似居室内围墙的装饰板。近几年来,汽车 的内部设计理念注重充分利用空间, 再加上汽车室内功能的增多, 门内护板的设计开始向立 体化发展, 与仪表板及座椅连成一体, 加以许多仪表板控制件和座椅的扶手都布置在门内护 板上,于是门内护板的形体也就很自然地成为仪表板和座椅的延伸部分。 ◆ 门内护板的分类与制造 车门内板按其材料可分为软质的和硬质的,按其结构分为整体式的和组合式的。 软质的车门内板基本上类似于仪表板,由骨架、发泡和表皮革构成。以红旗轿车和奥迪 轿车为例,车门内板的骨架部分由 ABS 注塑而成,再衬有 PU 发泡材料的针织涤纶表皮以 真空成形的方法,复合在骨架上形成一体。最近开发成功的低压注射—压缩成型方法,是把 表皮材料放在还未凝固的聚丙烯毛坯上,经过压缩层压成为门内板。表皮材料为衬有 PP 软 泡层的 TPO,这类门板易回收再生。中低档轿车的门内板,可用木粉填充改性 PP 板材或废 纤维层压板表面复合针织物的简单结构, 即没有发泡缓冲结构, 有些货车上甚至使用直接贴 一层 PVC 人造革的门内板。部分汽车内饰板采用织物;欧洲汽车一般采用增强聚丙烯 PP 板材放填充物,再包皮的结构,填充材料大多数采用薄的聚氨酯泡沫塑料片,表皮材料为 PVC,也有使用织物的趋向。 硬质的车门内板一般都是塑料注塑一次成型。在美国,门内装饰板用 ABS 或 PP 注塑成 形的居多,现在我国国产的重卡斯太尔“王” 是用 PP 注塑成形的。 另外,近年来车门内饰板为满足耐候性和柔软性,已开始使用热塑性弹性体与 PP 泡沫板 相叠合的结构,日本开发了一种冲压成形,连续生产全 PP 车门内饰板的技术,门板包括 PP 内衬板、PP 泡沫衬热层和 PP/EPDM 皮层结构。 座椅 座椅是汽车内饰中重要的功能件。 ◆ 汽车座椅的设计 汽车座椅是根据人体工程学原理而设计的,它不仅要满足驾乘人员的使用功能,而且具

有舒适的特点。影响汽车座椅舒适性的因素主要有: (1)座椅的靠背必须使腰曲的弧线处于 正常的曲线状态,并且力图按不同习惯坐姿设计最佳舒适状态。 (2)靠背必须具有正确的支 撑点。所谓正确的支撑点即: 第一点支撑第 5-6 胸椎之间,形成肩靠; 第二点支撑腰曲部位, 形成腰垫。腰靠可减少颈曲变形,腰垫可以维持正确的腰部曲线。 (3)正确分布体压。人体 在坐垫表面的压力分布应适应人体臀部结构特点: 粗壮的坐骨可承受比其周围肌肉更大的压 力,大腿底面的肌肉内包含很多血管和神经系统,所承受的压力较小。 (4)保持人体躯干与 大腿的舒适夹角。 ◆ 座椅的分类与制造 座椅按其结构可分为调角器式的、齿板齿条式的或前后调节式的、前后上下调节式的, 按其坐垫及靠背材料可分为 PU 发泡的、硬质棉的和天然纤维的等几种。 传统的座椅一般选用调角器式的,但由于频繁的使用,其卷簧容易失效。而齿板齿条式 的只要材料、热处理达到设计要求其寿命和使用效果还是比较好的。 座椅前后调节一般是靠滑道来完成的,座椅上下调节则靠气囊和减振器,气囊和减振器 对提高座椅的舒适性有很好的作用。 现在有的座椅在坐垫上还增加了加热、充冷气装置,以适用于高热、高寒地区不同用户 的需要。 目前坐垫及靠背基本上是由软质 PU 发泡制成;或硬质棉的。座椅的表皮材料,60 年代大多 数采用 PVC 人造革,70 年代开始使用真皮织物包皮,织物材料主要是尼龙,预计聚酯织物 包皮会逐年增加。软质 PU 发泡材料可用热硫化层和冷硫化法生产,但从设备投资和材料性 能考虑, 目前座椅缓冲垫多用冷硫化法生产。 考虑到座椅的舒适性, 缓冲垫的密度可以改变, 则软硬度也随之改变。如奥迪 A6 轿车靠背上的缓冲垫可使用天然纤维(如椰子壳)浸胶材 料, 其特点是透气性好; 骨架材料一般采用金属焊接的, 有的也可用 GMT (玻璃纤维毡片) , 取代钢铁材料。 转向盘 转向盘又称方向盘,它是汽车的主要操作功能件又是装饰件。转向盘一般由盘毂、圆周 和盘辐及附件等组成。 ◆ 转向盘的设计 早期的转向盘功能单一,只有转向功能。随着技术的发展,现代汽车的转向盘集合了多 种功能, 在其上可布置一些操控件和按钮。 这样一来驾驶员在手不离开转向盘的情况下就可 以进行许多操作,既方便,又安全。此外轿车转向盘内都装有安全气囊,以保证汽车的被动 安全性。 转向盘的尺寸和形状直接影响到转向操纵的轻便性,选用较大直径的转向盘虽然操纵轻 便,但是会使驾驶员进出驾驶室困难;选用较小直径的转向盘时,会要求驾驶员施加较大的 力, 从而使汽车操纵趋于困难。 在现代汽车中, 一般都有转向助力装置, 转向力不需要很大, 从而提高了操纵舒适性。转向盘的尺寸一般有 380、400、425、450、475、500、550 等几种。 前三种适用于轿车、小型客车,后两种适用于大客车、重型载货车,450、475、500 适用于 中型客车、中型载货车。 在设计转向盘盘辐和中部轮廓时要避免有过于坚硬的棱线出现,要保证手掌握持舒适, 过于坚硬的棱角和凌乱的线条会使驾驶者产生不舒适和不安全感, 此外还要保证在各个不同 转角条件下都有良好的握持性。

◆转向盘的分类与制造 根据转向盘的材料可分为硬质转向盘、软质转向盘、皮革转向盘、桃木纹转向盘等类型, 根据盘辐的多少转向盘可分为两辐式、三辐式和四辐式几种类型。 硬质转向盘一般都是骨架与 PVC 注塑成型, 软质 (相对而言) 转向盘一般采用自结皮 PU 泡沫材料高压或低压发泡而成。方向盘结构要求挺拔、坚固、轻便、外韧内软,并能耐热、 耐寒、耐光、耐磨,包覆物多用改性 PP、PVC、PU、ABS 等树脂。骨架一般选用钢骨架与 铝压注而成,或圆、椭圆金属握制并焊接而成;现从轻量化考虑,有用玻璃纤维增强 PA 替 代铁芯的趋势。为了追求豪华、舒适、手感好,现在的方向盘表面部分增加了桃木饰纹或真 皮包皮等,但是桃木纹必须在硬质塑料上,真皮必须缝在软质(相对而言)PU 发泡层上。 顶棚、后围 车内顶棚、后围(后围主要用于载重货车)是内饰件中材料和品种花样最多的一种复合 层压制品。它的作用除了起装饰功能外,还起着隔热、隔音等特殊功能。 ◆ 顶棚、后围的设计 顶棚、后围的设计主要考虑与驾驶室的顶部和后部相符合,且与整个驾驶室的内部结构 和色调相一致。要注意天窗和后窗的对应及四周搭接处的吻合,而且还要有一定的强度,刚 度。 ◆ 顶棚、后围的分类与制造 顶棚、后围按其材料分为硬质的和软质的;顶棚按其加工方法分为成型顶棚、粘接顶棚 和吊装顶棚。硬质的一般是玻璃钢压制再喷涂上面漆而成,或 PVC 板材吸塑成型。这类顶 棚、后围一般隔热、隔音效果较差,但强度、刚性较好。软质的一般由基材和表皮构成,基 材要求轻量、高刚性、尺寸稳定,易成形等特点,为此一般使用热塑性聚氨酯发泡内材、 PP 发泡内材、热塑性毡类内材、玻璃纤维瓦楞纸、蜂窝状塑料带等。表皮材料可用织物、 无纺布、TPO、PVC 等,我国轿车顶棚一般使用 TPO 发泡片材、玻璃纤维、无纺涤纶布材 料层压成形。汽车顶棚中成形顶棚占 70%以上,成型顶棚基材一般用浸树脂的再生棉或玻 璃纤维。聚苯乙烯泡沫材料板,填充材一般用聚氨酯或聚烯烃树脂发泡体。表皮材主要是 PVC 片材,同时逐渐增加织物。填充材和表皮材一起层压后贴在基材上。吊装型衬层是用 钢上网吊起来的一种结构, 表皮材料是 PVC 片材或 PVC 人造革、 织物等。 为了隔热和隔音, 把绝缘材料放到顶板和衬层之间。粘贴型是把填充材料和表皮材层,直接贴到顶棚上,填充 材主要是聚氨酯发泡体、PVC 发泡体,表皮材主要是 PVC 片织物等。卡车也主要用成型顶 棚,基材采用热固性或热塑性毡类,压制成型,表皮材料选用针织面料、无纺布、PVC 等。 发动机罩及地垫 发动机罩及地垫属中、重型汽车及客车的重要的内饰件,它的主要功能是吸音、隔热、 减震和美化车内环境等作用。地垫对于轿车来说主要是装饰、防污和防滑等作用。 ◆ 发动机罩及地垫的设计 卡车的发动机罩和地垫的设计一般要求必须与驾驶室下部发动机金属壳体贴合一致,其 上面又必须与仪表板下部相吻合, 其上面还要留出换挡手柄及其它附设装置的安装位置, 而 且还必须美观、 大方并与驾驶室的色调浑然一体。 轿车的地垫的设计主要以美观、 漂亮为本。 ◆ 发动机罩及地垫的分类与制造 卡车的发动机罩和地垫按材料可分为棉质的、橡胶的、PVC 发泡复合的、橡胶发泡复合 的等几种。现比较流行的做法是 PVC 皮革吸塑后与聚醚多元醇和异氰酸酯发泡填充而成, 或橡胶热压成型后与聚醚多元醇和异氰酸酯发泡填充而成。轿车中的地垫一般都采用美观、 漂亮的复合成型垫(如橡胶、PVC、毛、麻类) ,橡胶的可热压成型,PVC 的可注塑成型。

结束语: 现代汽车内饰设计首先强调的是整体感, 即整个内部环境形成一个完整协调的设计主调, 各个部分的形体、色彩、材料质感、纹理等诸多因素都要围绕这个主调进行变化,在每个局 部保证各自独立功能要求的前提下,各部分还要注意相互呼应,整体统一,以期给驾乘人员 更美妙的身心感受。 同时,内饰的设计也应与外部的设计相呼应,使整车浑然一体。内饰件的制造还应考虑 工艺的可行性及制造成本。 所以汽车内饰件的设计与制造是一门综合的学问, 涉及的知识比 较多且杂,有美学的、光学的、力学的、人体工程学的、材料科学的、化工学的等等很多。 尤其是现在汽车工业的飞速发展,新的材料、新的工艺层出不穷;反过来也促进了现代汽车 内饰设计的进步。


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