聚氨酯材料在汽車工業中的應用及發展方向

韓 玲

（萬華節能科技集團股份有限公司，山東煙臺 264000）

在我國經濟發展中，汽車工業的發展是一項主要的經濟支柱，帶動了工業生產進步的同時促進了科技的發展進程。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用在汽車工業中。聚氨酯材料具有成本低、性能好、加工工藝簡單等優勢，其中質量較輕優勢使其能夠代替金屬材料，實現汽車的輕量化，推進汽車節能環保發展進程。

1 汽車部件中聚氨酯材料的應用

1.1 硬泡與軟泡

在汽車工業發展中，聚氨酯硬泡和軟泡主要應用于坐墊和靠背以及頭枕部件。聚氨酯軟泡的生產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品具有極強的舒服性，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合成型時使用，硬泡密度在20～40kg/m3。這種材料也可用在汽車車門內飾以及前、后保險杠部件的內襯位置[1]。

1.2 自結皮和半硬泡

由于半硬泡的吸音降噪功能比較強，因此在汽車中一般用在引擎蓋下裝飾的板材以及前圍側的裝飾板。隨著人們越來越重視駕乘舒適度，這種半硬泡汽車裝飾部件也已經逐漸朝著普通車推廣應用。自結皮產品通常情況下應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，自結皮產品也已經由氟發泡體系逐漸朝著環戊烷發泡體系轉換。

1.3 反應注射成型（RIM）

RIM產品是通過聚氨酯反應注塑成型的一大類統稱，其中包括了SRIM、RRIM、LFI等。這種產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，用來替代傳統的金屬部件，實現輕量化目標。科思創將卡車的傳統鋼材底盤更換為碳纖維增強的聚氨酯RIM產品，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應用

CASE是膠黏劑、涂料、密封劑、彈性體的統稱。在汽車行業中聚氨酯材料應用于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性較強，因此也被應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勢，通常情況下被應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材質的面套和PVC搪塑表皮，這種材料的耐候性與手感都遠遠超出了PVC材料，并且還能阻止塑化劑揮發，極大提升了汽車空間的空氣質量。現階段汽車行業中，后備廂板材常用聚氨酯復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，兩面采用聚氨酯進行噴涂，然后經過高溫模壓工序制成，具有高強度、低密度等特性，廣泛應用于SUV車型上。當前不僅科思創等外企，上海拜宏科技公司等國內許多企業也在應用這項技術。

2 汽車中應用聚氨酯材料的發展

2.1 輕量化發展

汽車在輕量化發展中，聚氨酯材料是一種應用范圍比較廣的材料，同時也是非常有發展前景的材料。現階段主要在新能源和轎車方面應用力度比較大，以此實現汽車輕量化發展。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，并且輕量化也是實現節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輕量化發展的主要形式。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、硬材質、輕質量型等都會應用到聚氨酯材料。當前除了車身的構架結構采用的是鎂鋁合金材料，聚氨酯材料被大量應用在汽車的外部如四門兩蓋中，代替以往的鋼材質，實現汽車的輕量化。科思創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 舒適性發展

隨著社會經濟的發展，消費者對汽車舒適度的要求越來越高，同時為了滿足社會的節能減排理念，低碳型汽車逐漸被研發出來，而在汽車中聚氨酯材料可以滿足這兩項要求。比如聚氨酯泡沫塑料能夠隨著配方的改變而產生不同的性質，比如質量輕、隔熱強、回彈能力高、舒適性強、安全性高、耐用、低溫性能好、吸振性高等性質，尤其是在NVH（車內噪聲、振動和聲振粗糙度）領域的應用，聚氨酯材料具有獨特的優勢。針對隔音效果方面，應用聚氨酯材料已經成為高檔汽車中的標準配置。即使在低檔汽車中，聚氨酯材料如毛氈等的應用也比較普遍。在抗震方面，高彈性聚氨酯材料的應用也比較多。

2.3 環保發展

目前在汽車內飾中使用的傳統泡沫材料、涂料、膠黏劑等產生的VOC（揮發性有機化合物），會對車內的空氣產生污染，嚴重影響乘車人的身體健康。《乘用車內空氣質量評價指南》等相關文件對汽車內空氣的有害物質濃度給予了明確的要求，對VOC的要求越來越嚴格[4]。當汽車內部VOC濃度達到一定程度時，人們會在短時間內感受到頭痛、惡心、乏力、嘔吐的現象，甚至會出現昏迷、抽搐的情況，嚴重時會損傷腎臟、肝臟以及大腦神經系統，從而對人們的生命產生嚴重的威脅。聚氨酯新材料是環保發展路上的一種新途徑。對于汽車的內飾部件VOC的管理控制面臨著巨大的挑戰，已經成為汽車行業、內飾部件產業、聚氨酯材料行業不斷提升自身生產水平的一個推動力量。此外生物聚氨酯的應用也是汽車行業發展的一項主要方向，這種材料更多來自玉米中的多元醇物質，環保性能更高。多數聚氨酯材料產自于石油，而石油是一種不可再生資源，從環保和可持續發展上來說，生物聚氨酯材料具有廣闊的發展空間。

3 結語

綜上所述，在汽車行業中聚氨酯材料的應用可以使汽車輕量化，有效提升燃油使用率，進而降低尾氣排放。聚氨酯材料在汽車領域的應用，未來應該更注重低VOC和低NVH配方產品的開發，滿足汽車行業對于功能性和環保型的特殊要求，在提升汽車內飾品質、設計感和功能性的同時，滿足環保要求，推進汽車行業的發展進程。