揭开“面纱” “十问”汽车座椅发泡技術

2015-11-23

  

來源:蓋世汽車網  作者:任慧娟

無論開車、乘車,一直坐在柔軟的座椅上,接觸的也只是皮質或布藝,卻從未關注過座墊或靠墊內的世界,就像喝水從不關注水源從哪裏來一樣。好奇心打開後,就想揭開那一層“面紗”,深入探究下提供舒適性和支撐力的座椅泡沫背後的故事。

 

  究竟它是如何形成的?生産工藝有哪些?材質的選擇上如何考究?如何區分其好壞……,作爲記者的天性自然永遠有無數個問號旋轉,不過亦有諸多對此興趣盎然之人,蓋世記者經過多方問題搜集,共彙總出十大問題,並攜其采訪到江森自控專業汽車內飾集團泡沫制造高級經理倪海峰先生,以尋究竟!具體整理報道如下,與業內共飨!

圖爲:江森自控專業汽車內飾集團泡沫制造高級經理 倪海峰

 

  問題一:發泡如何形成的?

  倪海峰:

  汽車座椅發泡說得簡單一點,實際上感覺和做饅頭差不多將面粉、水、酵母混合之後進行搓揉,然後上爐子蒸。不過這當中肯定有本質的區別,蒸饅頭是通過酵母進行物理發泡的過程。

  而汽車座椅的泡沫制造實際上是將聚醚,異氰酸酯,如苯二異氰酸酯(TolueneDiisocyanate,簡稱TDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯(Methylenediphenyl Diisocyanate,簡稱MDI)之類的以及水和添加劑混合後反應生成的。其中,水和異氰酸酯反應産生二氧化碳和聚脲,聚醚和異氰酸酯反應生成了聚氨酯,而所有的這些混合之後像發面一樣的形成泡沫。

  在實際生産中我們會利用模具使得泡沫發起後形成我們需要的形狀,我們稱之爲反應模塑。之後就是後期處理,這個過程較爲簡單,就是將它放在自由狀態下進行熟化。因爲泡沫是一種粘彈性物質,它的特性會隨著時間、速度而産生變化,因此我們一般會把它靜止824個小時,讓它的硬度穩定之後,再拿到總裝工廠去包覆,這就是一個座椅泡沫的生産過程。

  問題二:制造工藝中熱發泡與冷發泡的區別?

  倪海峰:

  目前的發泡制作通常有兩種工藝:熱發泡和冷發泡。所謂熱發泡就是澆注完成後,模具經過烘箱來完成反應,這個烘箱的溫度一般情況下應該在攝氏220度到250度,低一點的在180度。

  通過此工藝生産出來的泡沫優勢是密度低,熱老化性能很好,而且不需要單獨開孔。另外,該工藝模具成本很低,在歐洲一些主機廠還是比較熱衷于熱發泡的性能,江森在奧地利的工廠有一條熱發泡生産線,主要給寶馬奧迪等廠商來供貨。然該工藝劣勢是能源消耗比較大,同時因爲模具上的排氣孔會産生較多的蘑菇頭,化料浪費較多,而且後期現場清理和設備維護也會比較麻煩。

  而冷發泡並不是說模具是冷的(溫度大概在50度到70度),只是相對熱發泡來說較低。冷發泡反應過程跟熱發泡是一樣的,只不過模具通過熱水或電來加熱,較爲複雜.但它的制造現場會比較幹淨,能源消耗較低, 這種工藝目前應用較多。

 

  在同樣密度條件下,兩種工藝成本差不多,熱發泡相對低一些,江森自控創新團隊目前正在研究熱發泡如何克服之前的劣勢,同時又能確保其客戶青睐的性能。

上海延鋒江森座椅有限公司發泡工廠

 

 

 

  問題三:發泡材料TDI與MDI的應用範圍與區別?

  倪海峰:

  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,江森在中国异氰酸酯范围较为宽泛,有TM8020,、MDI、和MT( TDI混在MDI里面)。

  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用于泡沫欧美成h人版的时候密度比较高。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,在欧美成h人版中,需要更多关注对员工健康和环境的影响.

  不過,江森自控自2008年开始研发MDI和TDI混线欧美成h人版的方式,目前已经在工厂里面开始量产。这条线的特殊性在于既可以欧美成h人版MDI欧美成h人版,又可欧美成h人版TDI欧美成h人版,另一方面从舒适性考虑,在一块泡沫上部分用 MDI,部分用 TDI,满足不同客户需求。今年的上海車展大家會看到這樣的欧美成h人版.

  問題四:生物基作爲一種更環保的材料,目前開發和市場應用情況如何?其提取是否更爲困難?成本是否也會很高?

  倪海峰:

  生物基的種類很多,如江森自控就有大豆油聚醚、蓖麻油聚醚、棕榈油聚醚。現在在國外很多車型上已經應用了,如福特克萊斯勒等。在中國,目前主機廠沒有這方面的需求,但隨著國家對乘用車車內空氣質量和VOC的要求越來越高,石油來源越來越少,國內的主機廠也會往生物基聚醚方向轉變。

  至于提煉上目前並不是特別困難,現在市場上的生物基聚醚並不是100%生物基。而是將生物基油提取出來之後結合常規的聚醚合成技術,生産出來一種新的聚醚叫生物基聚醚,真正的生物基含量往往不到20%.

  目前生物基聚醚在國內價格上隨市場波動較大,沒有形成大規模、批量化的生産,價格和常規聚醚相比沒有優勢。

  問題五:如何衡量企業發泡技術的成熟度?

  

  倪海峰:

  我們會從“人、機、料、法、環”這五個方面去考慮。

 

  人:是指有經驗的發泡專家,能夠保證欧美成h人版滿足客戶的要求。我們江森自控在中國的發泡專家有超過40多名,針對工廠的整個制造流程會給出很多指導性的意見。

  機:即生産設備的可靠性要高,有穩定的輸出,以保證欧美成h人版的穩定性。江森自控跟全球頂級的三家發泡設備供應商—克勞斯瑪菲(KraussMaffei)、亨內基(Hennecke)、意大利Cannon都有合作。同時對設備供應商亦不斷提出引領欧美成h人版的技術要求,包括設備流量的控制、壓力控制等,充分保證了設備輸出的可靠性。

  料:指的是要有一個可靠的原材料供應。以中國爲例,江森和國內外知名的、有品質保證的供應商合作。我們的異氰酸酯供應商主要是拜耳、巴斯夫和亨斯邁(Huntsman)三家,還有國內最大的異氰酸酯供應商萬華。聚醚這一塊國內我們主要和上海高橋石化、天津三石化、藍星東大,南京可利亞這些中國首屈一指的聚醚生産廠家合作。同時我們在原材料入廠之前都會進行一系列的檢驗,保證原材料的可靠性。

  法:主要指的是制造方法和檢測方法。在制造方法方面,江森自控采用全球運營體系(Global Operations)和标准。另外,江森自控的Joint Commission Satellite Network制造体系:全球的工厂设备、制造标准流程、检测设备亦是统一的,这样各个工厂欧美成h人版的欧美成h人版可以进行比照。

  環:主要指的環境保護。江森自控一直以來非常注重對環境和員工健康的保護,歐洲、北美、中國、東南亞的分支機構之間在工廠布局方面的曆史數據,員工的健康安全、有毒有害氣體的排放,以及工廠的通風系統,新技術和手段等方面經常會展開討論分享,最終實現既保證員工的身體健康,又不讓有毒有害的物質揮發到大氣中去。

  總的來說,人、機、料、法、環是衡量發泡技術成熟程度的關鍵。

江森自控R-Comfort技術

  問題六:如何保持座椅泡沫長久不變形同時又保持它的舒適度?

  倪海峰:

  其實這是泡沫回彈性的一個問題,我們需要從配方,生産,和工藝角度來保證,同時兼顧考慮泡沫密度和硬度的最佳範圍,最終把泡沫結構從配方上和生産工藝上保證其穩定性。

  江森自控在配方體系和泡沫曆史數據的積累上有自己的獨到之處, 其次我們會根據座椅的實際使用情況,采用模擬測試的方法,如反複壓縮實驗,假臀試驗,移入移出等,對泡沫或座椅進行檢測。通過這一系列的手段保證座椅在使用過程當中規避掉“坐塌陷”的問題。

  在舒適性方面,江森自控在這方面爲我們提出的是雙硬度欧美成h人版或者是多硬度欧美成h人版,我們會在泡沫不同區域給出不同的硬度來支撐,比如腰椎這個地方,延緩長時間駕駛的疲勞感。這次上海車展我們推出的R-Comfort,DHH泡沫既可以提高泡沫的短途駕駛的舒適性又能夠延緩長途駕駛帶來的不舒適.

江森自控水平分層發泡(DHH

 

  問題七:座椅泡沫是車內汙染源的一部分,關鍵控制措施有哪些?

  倪海峰:

  泡沫挥发物主要有两种來源: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。江森自控目前的做法第一个是原材料的控制,我们有攻关小组,会跟原材料供应商展开垂直的整合,将我们的问题带给他们,之后再经过反复的测试、检测、反馈及修改,进而得到最佳解决方案,这样我们先从原材料上面已经达到或者超过了国家对VOC的要求。在反應過程也是一樣,我們會采用一些添加劑或者其他一些方法,對配方進行優化,來降低反應過程當中産生的揮發物,從而能夠保證我們的欧美成h人版做得非常環保。

  事實上,從2007年開始江森自控在中國就開始研發低揮發的配方,目前很多工廠,包括通用大衆的諸多車型用的都是我們的低揮發配方欧美成h人版。

  問題八:座椅泡沫本身很輕了,有無促其更輕的辦法?

  倪海峰:

  江森就有,我们主要通过模具的特殊设计,欧美成h人版工艺的革新,不断让泡沫变薄,同时保证泡沫的舒适性和耐久度。欢迎你来今年上海車展的江森展台, 届时我可以给你展示我们的两个新技術。

  第一個是水平發泡DHH,这个是双层发泡的技術,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。另外一个技術叫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。

  另外,江森還在不斷尋求新的原材料,使得欧美成h人版在低密度情況下,仍能保持好的物理性能.

  問題九:座椅泡沫在降低成本上有哪些措施?

  

  倪海峰:

  泡沫的成本主要由兩塊構成,一個是材料成本,一個是生産運營成本。

 

  材料降本:江森自控擁有自己的配方體系, 我们只是从原料供应商那里购买原料,包括催化剂,这在成本和技術上都有优势。

  至于生産運營成本,我們主要的努力方向是通過自動化、精益生産這兩個方面來降低我們生産運營的成本。

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

  倪海峰:

  聚氨酯生産是汽車座椅泡沫是欧美成h人版內的通用方法.任何一种技術,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,在欧美成h人版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欧美成h人版,而这些物质在目前的欧美成h人版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。

  舉個簡單例子,聚醚的分子量,我們要求在質譜圖上,分子量的峰值寬度給做的越窄越好,但是因爲化學反應的複雜性,這個峰值寬度可能會很寬,也就是平均分子量能夠做到要求,但是它裏面大分子、小分子很多,最終就會對泡沫性能影響非常大。江森自控在中國現在有三個主要的研發中心(上海、長春、重慶),對原材料會用專業設備進行檢測來保證入廠的穩定性。當然這種檢測只是治標不治本的一項工作,最關鍵還是原材料的改善上。目前我們還沒有找到一個非常好的替代欧美成h人版,特殊的有,但是沒有大規模的業務,且只是在實驗目前並沒有非常成功的案例。

  需要提升的第二個方面就是泡沫的生産工藝。泡沫生産是一種閉模反應過程,我們不知道合上了模具之後裏面是什麽一種情況。泡沫不像金屬零件,只要設置好,生産出來的欧美成h人版偏差可能就在幾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, 前面欧美成h人版都没有问题,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。然而整个欧美成h人版是我们看不见的,无法做出精确的判断。

  第三個是政策法規的具體實施上面,比如VOC的出台和完善。

  所以,我個人認爲主要困難的地方和需要提升的地方是原材料、設備和政策法規的實施三個方面。

  至于技術趋势,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。

  蓋世小結:

  在此特別感謝倪海峰先生的深度剖析和講解!正所謂“完美出自于細節”,發泡僅僅是內飾中或許並不起眼的一部分,但其工序的嚴謹性、工藝的精湛追求以及材質的慎重選擇等讓我們爲之驚歎。無論您是向我一樣的門外漢還是欧美成h人版專業人士,希望本文能對感興趣的你起到參考作用,如果您也有疑惑或有更好的想法和建議,不妨一起探尋! 


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