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【技术专栏】汽车座椅发泡技术,玩的不是软绵绵,还有硬技术!

发布于:2016-1-11 10:45:54

 

无论开车、乘车,一直坐在柔软的座椅上,接触的也只是皮质或布艺,却从未关注过座垫或靠垫内的世界,就像喝水从不关注水源从哪里来一样。好奇心打开后,就想揭开那一层“面纱”,深入探究下提供舒适性和支撑力的座椅泡沫背后的故事。

究竟它是如何形成的?生产工艺有哪些?材质的选择上如何考究?如何区分其好坏……,作为记者的天性自然永远有无数个问号旋转,不过亦有诸多对此兴趣盎然之人,盖世记者经过多方问题搜集,共汇总出十大问题,具体整理报道如下,与业内共飨!

问题一:发泡如何形成的?

汽车座椅发泡说得简单一点,实际上感觉和做馒头差不多——将面粉、水、酵母混合之后进行搓揉,然后上炉子蒸。不过这当中肯定有本质的区别,蒸馒头是通过酵母进行物理发泡的过程。

而汽车座椅的泡沫制造实际上是将聚醚,异氰酸酯,如苯二异氰酸酯(

TolueneDiisocyanate,简称TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(Methylenediphenyl Diisocyanate,简称MDI)之类的以及水和添加剂混合后反应生成的。其中,水和异氰酸酯反应产生二氧化碳和聚脲,聚醚和异氰酸酯反应生成了聚氨酯,而所有的这些混合之后像发面一样的形成泡沫。

在实际生产中我们会利用模具使得泡沫发起后形成我们需要的形状,我们称之为反应模塑。之后就是后期处理,这个过程较为简单,就是将它放在自由状态下进行熟化。因为泡沫是一种粘弹性物质,它的特性会随着时间、速度而产生变化,因此我们一般会把它静止8到24个小时,让它的硬度稳定之后,再拿到总装工厂去包覆,这就是一个座椅泡沫的生产过程。

问题二:制造工艺中热发泡与冷发泡的区别?

目前的发泡制作通常有两种工艺:热发泡和冷发泡。所谓热发泡就是浇注完成后,模具经过烘箱来完成反应,这个烘箱的温度一般情况下应该在摄氏220度到250度,低一点的在180度。

通过此工艺生产出来的泡沫优势是密度低,热老化性能很好,而且不需要单独开孔。另外,该工艺模具成本很低,在欧洲一些主机厂还是比较热衷于热发泡的性能。然该工艺劣势是能源消耗比较大,同时因为模具上的排气孔会产生较多的“蘑菇头”,化料浪费较多,而且后期现场清理和设备维护也会比较麻烦。

而冷发泡并不是说模具是冷的(温度大概在50度到70度),只是相对热发泡来说较低。冷发泡反应过程跟热发泡是一样的,只不过模具通过热水或电来加热,较为复杂.但它的制造现场会比较干净,能源消耗较低, 这种工艺目前应用较多。

在同样密度条件下,两种工艺成本差不多,热发泡相对低一些。

问题三:发泡材料TDI与MDI的应用范围与区别?

TDI、MDI的选择是根据不同地区的需求来确定的,拿我们的客户来举例,北美的客户,以前主要使用的是纯TDI,现在有些公司开始转用TM8020;日本倾向采用的是TDI,而欧洲用的则是MDI。而中国的客户则是非常多元的。

MDI与TDI的区别在于,MDI能够提高泡沫的耐湿热老化性,耐久度,但反应活性比TDI高,因此MDI用于泡沫生产的时候密度比较高。现在欧系车一般密度要求都会在60kg/m3以上。TDI泡沫弹性较好,一般可以做到密度35kg/m3,最低据我所知是28 kg/m3的密度,但28的时候物理性能是个挑战。这样在同样硬度时,TDI可以做到更低密度,从成本上能够节约很多。但是TDI因为蒸气压较高,气味大,挥发毒性较MDI高,在生产中,需要更多关注对员工健康和环境的影响。

问题四:生物基作为一种更环保的材料,目前开发和市场应用情况如何?其提取是否更为困难?成本是否也会很高?

生物基的种类很多,如大豆油聚醚、蓖麻油聚醚、棕榈油聚醚。现在在国外很多车型上已经应用了,如福特、克莱斯勒等。在中国,目前主机厂没有这方面的需求,但随着国家对乘用车车内空气质量和VOC的要求越来越高,石油来源越来越少,国内的主机厂也会往生物基聚醚方向转变。

至于提炼上目前并不是特别困难,现在市场上的生物基聚醚并不是100%生物基。而是将生物基油提取出来之后结合常规的聚醚合成技术,生产出来一种新的聚醚叫生物基聚醚,真正的生物基含量往往不到20%。

目前生物基聚醚在国内价格上随市场波动较大,没有形成大规模、批量化的生产,价格和常规聚醚相比没有优势。

问题五:如何衡量企业发泡技术的成熟度?

我们会从“人、机、料、法、环”这五个方面去考虑。

人:是指有经验的发泡专家,能够保证产品满足客户的要求。

机:即生产设备的可靠性要高,有稳定的输出,以保证产品的稳定性。料:指的是要有一个可靠的原材料供应。

法:主要指的是制造方法和检测方法。

环:主要指的环境保护。,欧洲、北美、中国、东南亚的分支机构之间在工厂布局方面的历史数据,员工的健康安全、有毒有害气体的排放,以及工厂的通风系统,新技术和手段等方面经常会展开讨论分享,最终实现既保证员工的身体健康,又不让有毒有害的物质挥发到大气中去。

总的来说,人、机、料、法、环是衡量发泡技术成熟程度的关键。

问题六:如何保持座椅泡沫长久不变形同时又保持它的舒适度?

其实这是泡沫回弹性的一个问题,我们需要从配方,生产,和工艺角度来保证,同时兼顾考虑泡沫密度和硬度的最佳范围,最终把泡沫结构从配方上和生产工艺上保证其稳定性。

 其次我们会根据座椅的实际使用情况,采用模拟测试的方法,如反复压缩实验,假臀试验,移入移出等,对泡沫或座椅进行检测。通过这一系列的手段保证座椅在使用过程当中规避掉“坐塌陷”的问题。

在舒适性方面,我们会在泡沫不同区域给出不同的硬度来支撑,比如腰椎这个地方,延缓长时间驾驶的疲劳感。

问题七:座椅泡沫是车内污染源的一部分,关键控制措施有哪些?

泡沫挥发物主要有两种来源:一个是从原材料里面来(包括聚醚和催化剂、添加物),一个是反应过程当中产生的。

问题八:座椅泡沫本身很轻了,有无促其更轻的办法?

第一个是水平发泡DHH,这个是双层发泡的技术,我们可以将泡沫底层做得比较硬一些,上面一层做得比较软一些。侧翼也可以做到是同样的双层发泡,也可以是不同硬度。这样一方面有非常好表面柔软性,又能够保证平均的应力分布,提供长途驾驶的舒适性。另外一个技术叫R-comfort,呈现在座椅泡沫上表面会有各种纹路。一方面保证了短途驾驶的柔软性, 并且加快气体的流动,帮助长时间乘坐所造成的热量的散发,同时又保证泡沫的舒适性。

问题九:座椅泡沫在降低成本上有哪些措施?

泡沫的成本主要由两块构成,一个是材料成本,一个是生产运营成本。

材料降本:我们只是从原料供应商那里购买原料,包括催化剂,这在成本和技术上都有优势。

至于生产运营成本,我们主要的努力方向是通过自动化、精益生产这两个方面来降低我们生产运营的成本。

问题十:在发泡技术方面目前还有哪些技术瓶颈难逾越或者存在哪些空间?未来技术趋向是什么?

聚氨酯生产是汽车座椅泡沫是行业内的通用方法.任何一种技术,都存在相应的瓶颈和空间。做泡沫这么多年,我感觉首先原材料需要提升,目前我们的原材料都是通过石油提炼出来的,在生产过程中并不能保证材料成分的单一性, 而是会有很多的杂质或副产品,而这些物质在目前的生产工艺条件下是无法完全消除的,这就会对我们最终的制品无论从VOC方向还是从性能方向都会带来影响。

举个简单例子,聚醚的分子量,我们要求在质谱图上,分子量的峰值宽度给做的越窄越好,但是因为化学反应的复杂性,这个峰值宽度可能会很宽,也就是平均分子量能够做到要求,但是它里面大分子、小分子很多,最终就会对泡沫性能影响非常大。

需要提升的第二个方面就是泡沫的生产工艺。泡沫生产是一种闭模反应过程,我们不知道合上了模具之后里面是什么一种情况。泡沫不像金属零件,只要设置好,生产出来的产品偏差可能就在几μ之内的,先后连续出来的泡沫都不可能是一样的。我们经常会碰到的问题是,同一个浇注路线,浇注配方,同样的设备和参数, 前面生产都没有问题,突然就会出现问题,往往还是不重现的, 这些常是由模具,设备等因素造成的。然而整个生产是我们看不见的,无法做出精确的判断。

第三个是政策法规的具体实施上面,比如VOC的出台和完善。

所以,我个人认为主要困难的地方和需要提升的地方是原材料、设备和政策法规的实施三个方面。

至于技术趋势,我认为主要有四个方面:环保低挥发、舒适性、耐久性、灵活性和多样性。

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