薛振榮 張拓

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心）

汽車頂棚總成是由基材和面料層組合而成的頂部裝飾物，是汽車內(nèi)飾的主要組成部分，具有隔熱和提高舒適性的作用。頂棚面料層應(yīng)用最多的為復(fù)合面料，主要由針織面料+聚酯/聚醚海綿組成。由于聚酯海綿具有優(yōu)異的拉伸性能，適合于不同型面的頂棚，因此，目前各頂棚面料廠使用的背覆海綿大多為聚酯海綿，只有少數(shù)廠家使用聚醚海綿。文章就聚酯海綿與聚醚海綿的性能進(jìn)行了對(duì)比分析，重點(diǎn)論述了聚酯與聚醚海綿性能的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于汽車頂棚用海綿的發(fā)展具有指導(dǎo)作用。

1 聚氨酯概述

聚氨酯是人工合成高分子材料（PU或PUR），廣泛地應(yīng)用于塑料、橡膠、涂料、油漆、人造革、泡沫材料、膠粘劑及纖維等領(lǐng)域。聚氨酯通常是由異氰酸酯與多元醇反應(yīng)形成海綿交聯(lián)結(jié)構(gòu)，與水反應(yīng)產(chǎn)生氣體發(fā)泡。一般分聚醚多元醇和聚酯多元醇兩大類。聚酯多元醇制品具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐化學(xué)腐蝕等特性。聚醚多元醇制備的聚氨酯材料，具有低溫柔順性好，耐水性能優(yōu)良，手感好，加工性能優(yōu)良的特點(diǎn)。

2 汽車頂棚用海綿

汽車頂棚的護(hù)面材料主要起裝飾性作用。目前各主機(jī)廠應(yīng)用的護(hù)面材料主要為針織復(fù)合面料，針織復(fù)合面料表層為機(jī)織物，中層為聚氨酯海綿，兩者通過火焰復(fù)合工藝制成，起裝飾車頂作用[1]。

海綿因其多孔狀的蜂窩結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的柔軟性、彈性、吸水性及耐水性，主要應(yīng)用于汽車頂棚、遮陽板、座椅及門板等零件的包覆層，目前，汽車頂棚用海綿分為聚酯型海綿和聚醚型海綿兩大類。

1）聚酯海綿由聚酯多元醇、異氰酸酯、催化劑、水及泡沫穩(wěn)定劑等原材料合成，其中聚酯多元醇主要是由二元羧酸和二元以上醇類化合物進(jìn)行縮聚反應(yīng)生成的。通常，聚酯海綿與織物復(fù)合粘結(jié)力強(qiáng)，具有良好的力學(xué)性能，耐高溫、拉伸性強(qiáng)，而且海綿泡孔均勻規(guī)則且豆孔少，但耐水解性能較差，揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）揮發(fā)高，其制品的手感不如聚醚型海綿柔軟。

2）聚醚海綿由聚醚多元醇、異氰酸酯、催化劑、水及泡沫穩(wěn)定劑等原材料合成[2]。聚醚多元醇是在分子主鏈接構(gòu)上含有醚鍵、端基帶有羥基的醇類聚合物。因其結(jié)構(gòu)中的醚鍵內(nèi)聚能較低，并易于旋轉(zhuǎn)，故聚醚海綿低溫柔順性能好，耐水解性能優(yōu)良，手感好，成型性能優(yōu)良，透氣性好，但剝離強(qiáng)度與斷裂強(qiáng)度較差。聚酯海綿和聚醚海綿電鏡圖，如圖1所示。

圖1 汽車頂棚用海綿電鏡圖

3 汽車頂棚用海綿生產(chǎn)工藝

目前，頂棚用海綿的生產(chǎn)大多數(shù)采用連續(xù)性發(fā)泡法，即將各種原料在高速攪拌下，迅速噴涂于放置在傳送帶的牛皮紙上，在箱式發(fā)泡設(shè)備的傳送帶上完成發(fā)泡、交聯(lián)及固化等反應(yīng)，從而完成海綿生產(chǎn)。聚醚海綿與聚酯海綿工藝流程相同，具體流程如下：原材料混合調(diào)溫→澆注→發(fā)泡→熟化→環(huán)切→接頭→切割→包裝。澆注與環(huán)切現(xiàn)場(chǎng)圖，如圖2和圖3所示。

圖2 汽車頂棚用海綿原材料澆注現(xiàn)場(chǎng)圖

圖3 汽車頂棚用背覆海綿環(huán)切現(xiàn)場(chǎng)圖

4 物理性能對(duì)比

聚酯海綿力學(xué)性能較好，因?yàn)榫埘ズ＞d含共價(jià)鍵鍵能極強(qiáng)的酯基，這種酯基不僅在硬段上能夠形成氫鍵，而且軟段上的極性基團(tuán)也能部分地與硬段上的極性基團(tuán)形成氫鍵，起到彈性交聯(lián)點(diǎn)的作用。以頂棚用體積質(zhì)量為35 kg/m3的海綿為例，對(duì)聚醚與聚酯海綿物理性能進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。

表1 體積質(zhì)量為35 kg/m3的聚酯與聚醚海綿物理性能參數(shù)對(duì)比表

5 揮發(fā)性能對(duì)比

5.1 氣味性能比較

聚酯海綿與聚醚海綿氣味濃度相差不大，因?yàn)橛绊懞＞d氣味的主要為催化劑，而大多數(shù)胺催化劑是叔胺類，不參與反應(yīng)。胺催化劑除部分在生產(chǎn)過程中揮發(fā)外，其它殘留在泡沫中，是氣味的主要來源。

5.2 VOC性能比較

將同樣規(guī)格的聚酯與聚醚海綿（50 cm×50 cm）進(jìn)行材料級(jí)的揮發(fā)性試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表2所示。數(shù)據(jù)顯示聚醚海綿除苯乙烯和苯揮發(fā)略高于聚酯海綿外，聚醚海綿其他6種成分的揮發(fā)性能均明顯優(yōu)于聚酯海綿。

表2 聚酯/聚醚海綿VOC性能對(duì)比表 μg

6 耐水解性比較

聚醚海綿高溫下的耐水解性要比聚酯海綿好，這是因?yàn)榫埘ヒ资芩肿拥那忠u而發(fā)生斷裂，且水解生成的酸又能進(jìn)一步催化聚酯的水解。

7 火焰復(fù)合工藝比較

以4.0 mm厚度的聚酯海綿為例，一般火焰復(fù)合熔損的厚度為0.4～0.6 mm，而聚醚海綿在火焰復(fù)合時(shí)，如果想要達(dá)到與聚酯海綿相同的剝離強(qiáng)度，一般熔損的海綿厚度至少要多0.2 mm。不同體積質(zhì)量的聚酯海綿適用于所有的復(fù)合工藝，聚醚海綿只有在海綿生產(chǎn)過程中添加了火貼劑后才可用火焰復(fù)合工藝粘合。

8 成本比較

聚酯海綿的價(jià)格比聚醚海綿貴，主要是由原材料的價(jià)格和生產(chǎn)工藝所決定的。對(duì)于目前的應(yīng)用厚度為4.0 mm，體積質(zhì)量為35 g/m3的頂棚海綿，聚酯海綿價(jià)格為9.20元/m2，聚醚海綿價(jià)格為8.30元/m2，以某車型頂棚為例，使用聚醚海綿較聚酯海綿可節(jié)省3.8元。

9 結(jié)論

文章通過對(duì)聚酯海綿與聚醚海綿的各項(xiàng)指標(biāo)分析可知，聚酯海綿由于其優(yōu)異的物理、化學(xué)性能及良好的復(fù)合工藝，目前，仍然是頂棚復(fù)合面料中普遍使用的材料，但由于聚酯海綿耐水解差、有機(jī)物揮發(fā)高及原材料成本高等因素，越來越多的海綿材料廠正在開發(fā)半酯半醚海綿，它結(jié)合了聚酯與聚醚2種海綿的性能優(yōu)勢(shì)，文章對(duì)半酯半醚海綿的研發(fā)及應(yīng)用提供了理論依據(jù)。