汽车座椅用PU发泡软垫的制造工艺.docx

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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2009-04-1609:

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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）和B组分（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、B两组分经高压泵送入高压浇注头的混合室中，在15～18MPa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），旨在研究开发适合汽车内饰衬垫用的可回收利用无纺织布。

从使用特性、制造方法以及经济学角度来考虑，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?

hsischesTextilforschungsinstitute.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