聚氨酯材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展方向

韓 玲

（萬華節(jié)能科技集團(tuán)股份有限公司，山東煙臺(tái) 264000）

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，汽車工業(yè)的發(fā)展是一項(xiàng)主要的經(jīng)濟(jì)支柱，帶動(dòng)了工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)步的同時(shí)促進(jìn)了科技的發(fā)展進(jìn)程。隨著人們不斷提升的需求，塑料制品特別是聚氨酯材料被廣泛應(yīng)用在汽車工業(yè)中。聚氨酯材料具有成本低、性能好、加工工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，其中質(zhì)量較輕優(yōu)勢(shì)使其能夠代替金屬材料，實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化，推進(jìn)汽車節(jié)能環(huán)保發(fā)展進(jìn)程。

1 汽車部件中聚氨酯材料的應(yīng)用

1.1 硬泡與軟泡

在汽車工業(yè)發(fā)展中，聚氨酯硬泡和軟泡主要應(yīng)用于坐墊和靠背以及頭枕部件。聚氨酯軟泡的生產(chǎn)工藝有模塑成形工藝和塊狀成形工藝，其中聚氨酯軟泡模塑成形產(chǎn)品具有極強(qiáng)的舒服性，這也成了汽車座椅的主要制作材料，直至目前依然沒有其他可以取代。模塑軟泡材料的另一個(gè)用途可以用來制作汽車地毯，主要是利用其減震降噪功能，提升舒適度。塊狀軟泡在汽車工業(yè)中主要用來制作座椅面層和汽車的頂棚面層部分。塊狀硬泡材料在汽車頂棚復(fù)合成型時(shí)使用，硬泡密度在20～40kg/m3。這種材料也可用在汽車車門內(nèi)飾以及前、后保險(xiǎn)杠部件的內(nèi)襯位置[1]。

1.2 自結(jié)皮和半硬泡

由于半硬泡的吸音降噪功能比較強(qiáng)，因此在汽車中一般用在引擎蓋下裝飾的板材以及前圍側(cè)的裝飾板。隨著人們?cè)絹碓街匾曬{乘舒適度，這種半硬泡汽車裝飾部件也已經(jīng)逐漸朝著普通車推廣應(yīng)用。自結(jié)皮產(chǎn)品通常情況下應(yīng)用在汽車的方向盤和扶手處，然而由于HCFC-141b逐漸被限制使用，自結(jié)皮產(chǎn)品也已經(jīng)由氟發(fā)泡體系逐漸朝著環(huán)戊烷發(fā)泡體系轉(zhuǎn)換。

1.3 反應(yīng)注射成型（RIM）

RIM產(chǎn)品是通過聚氨酯反應(yīng)注塑成型的一大類統(tǒng)稱，其中包括了SRIM、RRIM、LFI等。這種產(chǎn)品在小汽車上的使用率比較低，一般只是用在引擎蓋、翼子板等部件，用來替代傳統(tǒng)的金屬部件，實(shí)現(xiàn)輕量化目標(biāo)。科思創(chuàng)將卡車的傳統(tǒng)鋼材底盤更換為碳纖維增強(qiáng)的聚氨酯RIM產(chǎn)品，可降低車身重量，減少燃油消耗量和二氧化碳排放量。

1.4 CASE應(yīng)用

CASE是膠黏劑、涂料、密封劑、彈性體的統(tǒng)稱。在汽車行業(yè)中聚氨酯材料應(yīng)用于CASE方面比較廣[2]，主要是由于其具有良好的耐候性能，汽車中所使用的幾乎都是聚氨酯漆；由于聚氨酯膠的黏結(jié)性較強(qiáng)，因此也被應(yīng)用在車身焊接工藝中；聚氨酯還具有一定的密封性，在密封件中替代了橡膠密封；在彈性方面聚氨酯具有一定的優(yōu)勢(shì)，通常情況下被應(yīng)用在汽車的三角窗包邊以及低速車輪胎中。

1.5 TPU以及其他

TPU是熱塑性聚氨酯彈性體，主要用于汽車的儀表板表皮以及座椅面套，分別取代了PVC材質(zhì)的面套和PVC搪塑表皮，這種材料的耐候性與手感都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了PVC材料，并且還能阻止塑化劑揮發(fā)，極大提升了汽車空間的空氣質(zhì)量。現(xiàn)階段汽車行業(yè)中，后備廂板材常用聚氨酯復(fù)合材料替代以往的毛氈或木粉板材料，被稱之為PHC板。這種材料是由紙蜂窩芯以及玻璃纖維布（兩層）組合而成，兩面采用聚氨酯進(jìn)行噴涂，然后經(jīng)過高溫模壓工序制成，具有高強(qiáng)度、低密度等特性，廣泛應(yīng)用于SUV車型上。當(dāng)前不僅科思創(chuàng)等外企，上海拜宏科技公司等國(guó)內(nèi)許多企業(yè)也在應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)。

2 汽車中應(yīng)用聚氨酯材料的發(fā)展

2.1 輕量化發(fā)展

汽車在輕量化發(fā)展中，聚氨酯材料是一種應(yīng)用范圍比較廣的材料，同時(shí)也是非常有發(fā)展前景的材料。現(xiàn)階段主要在新能源和轎車方面應(yīng)用力度比較大，以此實(shí)現(xiàn)汽車輕量化發(fā)展。汽車的輕量化是為了減少汽車尾氣排放，提升燃油的使用率，并且輕量化也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的一種有效方式。用聚氨酯材料替換汽車上的金屬材料是目前汽車行業(yè)輕量化發(fā)展的主要形式。由于聚氨酯材料有良好的可塑性，在汽車制造中從車廂到外部件，軟材質(zhì)、硬材質(zhì)、輕質(zhì)量型等都會(huì)應(yīng)用到聚氨酯材料。當(dāng)前除了車身的構(gòu)架結(jié)構(gòu)采用的是鎂鋁合金材料，聚氨酯材料被大量應(yīng)用在汽車的外部如四門兩蓋中，代替以往的鋼材質(zhì)，實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化。科思創(chuàng)曾用聚氨酯材料制備了一種三明治車頂模塊，這使車身的保溫性和抗折能力都得到了有效的提升，還減輕了車身的重量[3]。

2.2 舒適性發(fā)展

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)汽車舒適度的要求越來越高，同時(shí)為了滿足社會(huì)的節(jié)能減排理念，低碳型汽車逐漸被研發(fā)出來，而在汽車中聚氨酯材料可以滿足這兩項(xiàng)要求。比如聚氨酯泡沫塑料能夠隨著配方的改變而產(chǎn)生不同的性質(zhì)，比如質(zhì)量輕、隔熱強(qiáng)、回彈能力高、舒適性強(qiáng)、安全性高、耐用、低溫性能好、吸振性高等性質(zhì)，尤其是在NVH（車內(nèi)噪聲、振動(dòng)和聲振粗糙度）領(lǐng)域的應(yīng)用，聚氨酯材料具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)隔音效果方面，應(yīng)用聚氨酯材料已經(jīng)成為高檔汽車中的標(biāo)準(zhǔn)配置。即使在低檔汽車中，聚氨酯材料如毛氈等的應(yīng)用也比較普遍。在抗震方面，高彈性聚氨酯材料的應(yīng)用也比較多。

2.3 環(huán)保發(fā)展

目前在汽車內(nèi)飾中使用的傳統(tǒng)泡沫材料、涂料、膠黏劑等產(chǎn)生的VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物），會(huì)對(duì)車內(nèi)的空氣產(chǎn)生污染，嚴(yán)重影響乘車人的身體健康。《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》等相關(guān)文件對(duì)汽車內(nèi)空氣的有害物質(zhì)濃度給予了明確的要求，對(duì)VOC的要求越來越嚴(yán)格[4]。當(dāng)汽車內(nèi)部VOC濃度達(dá)到一定程度時(shí)，人們會(huì)在短時(shí)間內(nèi)感受到頭痛、惡心、乏力、嘔吐的現(xiàn)象，甚至?xí)霈F(xiàn)昏迷、抽搐的情況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損傷腎臟、肝臟以及大腦神經(jīng)系統(tǒng)，從而對(duì)人們的生命產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅。聚氨酯新材料是環(huán)保發(fā)展路上的一種新途徑。對(duì)于汽車的內(nèi)飾部件VOC的管理控制面臨著巨大的挑戰(zhàn)，已經(jīng)成為汽車行業(yè)、內(nèi)飾部件產(chǎn)業(yè)、聚氨酯材料行業(yè)不斷提升自身生產(chǎn)水平的一個(gè)推動(dòng)力量。此外生物聚氨酯的應(yīng)用也是汽車行業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)主要方向，這種材料更多來自玉米中的多元醇物質(zhì)，環(huán)保性能更高。多數(shù)聚氨酯材料產(chǎn)自于石油，而石油是一種不可再生資源，從環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展上來說，生物聚氨酯材料具有廣闊的發(fā)展空間。

3 結(jié)語

綜上所述，在汽車行業(yè)中聚氨酯材料的應(yīng)用可以使汽車輕量化，有效提升燃油使用率，進(jìn)而降低尾氣排放。聚氨酯材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，未來應(yīng)該更注重低VOC和低NVH配方產(chǎn)品的開發(fā)，滿足汽車行業(yè)對(duì)于功能性和環(huán)保型的特殊要求，在提升汽車內(nèi)飾品質(zhì)、設(shè)計(jì)感和功能性的同時(shí)，滿足環(huán)保要求，推進(jìn)汽車行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。