汽车座椅用软质聚氨酯泡沫的进展

1、汽车座椅用软质聚氨酯泡沫的进展李志峰孙军于善平丁慧敏（长春富维江森自控汽车饰件系统有限公司技术中心长春）摘要：从汽车座椅的静态舒适性动态舒适性及环保性方面入手，以多元醇为主线，介绍了汽车座椅用聚氨酯泡沫的发展历程及发展趋势关键词：汽车座椅；聚氨酯泡沫；静态舒适性；动态舒适性；环保中图分类号： 文献标识码：文章编号：（）聚氨酯泡沫的最基础反应（异氰酸酯与醇的反应）由年在实验室发现，年在实验室首次研发出软质聚氨酯泡沫（），年世界上第一座生产工厂在德国建立，但直到年才有商业化生产年汽车座椅开始使用，由于聚氨酯泡沫生产成本较低，同时缓冲及减震特性可以根据客户的不同需要进行调整，聚氨酯泡沫逐渐成为汽车座

2、椅用首选材料，年全球聚氨酯硬泡和软泡的产量为万，其中中国聚氨酯泡沫塑料产量为万用于汽车座椅主要是由于其缓冲及减震特性可以满足汽车座椅静态及动态舒适性要求，随着汽车工业的发展，对汽车座椅舒适性的要求不断提高，聚氨酯工业也随之攻克了一个又一个技术难题，满足汽车工业不断提高的要求本综述从汽车座椅静态舒适性动态舒适性及环保性等方面总结了汽车座椅用聚氨酯泡沫材料的发展历程软质聚氨酯泡沫在静态舒适性方面的进展汽车座椅静态舒适性是指汽车座椅与人体的匹配关系是否可以为乘员提供舒适的坐姿条件座椅的静态舒适性与座椅的尺寸参数表面质量及调节特性有关聚氨酯泡沫对汽车座椅静态舒适性的影响主要有座椅对人体的支撑性包裹性汽

3、车座椅的点及人体臀部静压分布等，它对静态舒适性的改善主要通过制备聚氨酯泡沫的多元醇的改进来实现在聚氨酯工业发展初期，拜耳公司利用德国雄厚的煤工业基础，以苯或甲苯为原料开发出端羟基聚酯多元醇由它制备的聚氨酯泡沫具有机械性能好耐油耐磨性能优等优点，但耐水解性差，在潮湿环境下容易失效世纪年代美国杜邦公司开发出以石油裂解化合物为原材料的聚醚多元醇，年公司和公司开发出以聚醚多元醇为原料的聚氨酯泡沫，与聚酯多元醇相比，聚醚多元醇价格较低，同时聚醚多元醇泡沫耐水解性和低温柔韧性好，现在的聚氨酯泡沫塑料是由聚醚多元醇制备得到 聚醚多元醇通常使用的聚醚多元醇由环氧丙烷和起始剂在催化剂存在下聚合得到，起始剂为含有

4、活泼氢的化合物，常用的起始剂有甘油季戊四醇木糖醇等，其中使用的聚醚多元醇的起始剂主要为甘油，起始剂的作用为：（）控制聚醚多元醇的相对分子质量，起始剂的加入量大，得到的聚醚多元醇的相对分子质量小，反之，加入的起始剂量小，则得到的聚醚多元醇的相对分子质量大；（）利用起始剂所含活泼氢原子数来控制聚醚多元醇的官能度 高活性聚醚多元醇早期聚氨酯泡沫制品均采用热熟化工艺，为了提高生产效率降低成本，在研究催化剂的同时也对聚醚多元醇进行了深入的研究研究发现，由环氧丙烷制备得到的聚醚多元醇的羟基均为仲羟基，如果仲羟基转变为伯羟基，聚醚多元醇的反应活性可提高倍后期研究发现，用环氧乙烷作为原料制备的多元醇为伯羟基聚

5、醚多元醇，基于此开发出环氧乙烷改性的高伯羟基含量的聚醚多元醇，用此伯羟基聚醚多元醇制备聚氨酯泡沫所需反应温度降低，此生产工艺称年第卷第期聚氨酯工业为冷熟化工艺，所得泡沫的回弹性及其它力学性能都得到极大提升，尤其泡沫的回弹性能优异，因此所得泡沫称为高回弹泡沫（泡沫）聚氨酯的生产工艺中，并不能使用全部端基为伯羟基的聚醚多元醇，因为端基全为伯羟基的多元醇与异氰酸酯的相容性差，不利于反应进行；即使在反应体系中加入计算量的环氧乙烷，由于位阻体系内部各种反应的竞争及工艺条件的限制，不能得到全部端基为伯羟基的聚醚多元醇现生产泡沫中所使用的高活性聚醚的两端是用环氧乙烷封端制得的，其伯羟基质量分数为 接枝聚醚多

6、元醇虽然高活性聚醚多元醇制备得到的高回弹聚氨酯泡沫基本物性与传统聚醚多元醇制备得到的聚氨酯泡沫相比有很大提高，但是泡沫的压陷硬度较低，对产品的舒适性有很大影响提高产品的压陷硬度的方法有以下种：提高异氰酸酯指数使用纯，和加入填料提高异氰酸酯指数虽然可以提高泡沫的硬度，但异氰酸酯的价格很高，增加了生产的成本，同时增加水含量，有烧芯危险；生产纯，的生产成本也较高；在配方中只有增加填料是最简单的方法，最初添加碳酸钙白炭黑滑石粉和石膏粉等无机微粒，产品的硬度虽然有所增加，但产品的密度增加，部分产品性能下降，使用寿命下降在加工方面，加入的无机微粒与聚醚有明显的界面，分散不均匀，容易沉淀此体系的分散稳定性及

7、计量输送等都不适用于大规模工业化生产世纪年代初，公司推出聚合物聚醚多元醇，这种新型有机聚合物填充聚醚多元醇完全克服了无机填料的缺点，它不仅可以和无机离子一样分散，聚合物粒子和分散介质部分发生化学反应形成稳定的分散介质，使聚合物多元醇不易发生相分离在泡沫发泡过程中，这些粒子均匀分布在泡孔壁上，提高开孔性，改善了发泡工艺性同时聚合物多元醇的引入提高了泡沫的硬度和压陷负荷性能，这对于改善聚氨酯泡沫制品抗压缩形变性能具有重要作用聚合物聚醚多元醇的引入完善了高回弹聚氨酯泡沫和冷熟化生产工艺聚合物聚醚多元醇是用基础聚醚多元醇高活性聚醚多元醇或者分子链中含有不饱和键的聚醚多元醇为母体，与乙烯基单体进行一次或

8、者两次聚合得到，聚合物多元醇体系含有聚醚多元醇母体聚合物微粒及乙烯基单体与聚醚多元醇母体生成的接枝共聚物在聚合物聚醚多元醇体系中少量存在的接枝共聚物对体系的稳定性有很大的贡献，研究发现仅含有丙烯腈聚醚接枝共聚物的聚合物多元醇分散相，在室温下保存年也不会发生相分离聚合物多元醇中乙烯基单体体系的选择可根据烯类聚合物和聚醚多元醇的相容性及生成的接枝聚合物的数量而定，现在常用的单体有：苯乙烯和丙烯腈早期使用的乙烯基单体是丙烯腈，丙烯腈制备的聚合物聚醚多元醇制备的产品长时间放置容易变色为了解决聚氨酯泡沫产品易变色开发出了苯乙烯丙烯腈混合单体制备的聚合物多元醇，现在汽车座椅用聚氨酯泡沫中主要使用苯乙烯丙烯

9、腈混合单体制备的聚合物多元醇聚氨酯泡沫在座椅动态舒适性方面的进展汽车动态舒适性主要评价汽车在行驶过程中汽车座椅对车身传递的震动的响应情况人体的各个部位都有比较敏感的振动频率范围，处于这些范围内的振动环境会让人感觉很不舒服图是人体各个部位比较敏感的振动频率范围 图人体各部位的自然频率从图可以看出，人体的自然频率是 汽车车身的自然频率是 ，因此有乘员乘坐的汽车座椅的自然频率应控制在 ，这样座椅就与车身隔绝了汽车座椅是由各种各样的零件组成的，但是座椅的坚硬件或者结构件（如靠背骨架座盆调角器和调节器等）对汽车座椅的动态舒适性影响很小，研究数据表明，如果改变汽车座椅坚硬区域和结构件附近的自然频率，座椅的

10、自然频率没有太大的变化如果要调节座椅的自然频率在 范围内，金属件对汽车座椅的自然频率影响较小，因此聚氨酯工业第卷就只能借助汽车座椅的非结构件（面套发泡件和悬浮机构）面套发泡件和悬浮机构组成一个组合弹簧，提供舒适性和隔绝作用现在很多座椅没有悬浮件只有面套和发泡件江森公司早期的研究发现，有悬浮机构的组合弹簧体系，面套起的作用，泡沫件起 的作用，悬浮机构起 的作用现在的大部分汽车座椅不再使用悬浮机构，同样考虑面套和泡沫件对舒适性和振动的隔绝作用，其中面套起 的作用，泡沫件起 的作用，由此可见，泡沫对于汽车座椅的动态舒适性有很大的贡献，调整泡沫自然频率可以改善汽车座椅的动态舒适性现在汽车工业大规模使用

11、的聚醚多元醇是由甘油作为起始剂，环氧丙烷和环氧乙烷为反应物，制备得到的三官能团聚醚多元醇由于环氧丙烷在聚合过程中发生副反应，生成一端为不饱和双键的聚醚多元醇，因此生成的聚醚多元醇的官能度降低（不饱和度较高）不饱和双键不能参与形成氨酯键的反应，用此含有不饱和双键的聚醚多元醇和异氰酸酯反应生成的聚氨酯泡沫，会产生结构缺陷，这些缺陷部位在聚氨酯泡沫受力时会降低泡沫的整体性能研究发现，使用甘油作为起始剂，但结构有所不同的低不饱和度的三官能度聚醚多元醇制备的聚氨酯泡沫产品（简称泡沫）中交联密度较高，产品与传统泡沫相比具有以下几方面的优点：对振动有很好的隔绝效果；应力松弛效果明显这有助于降低点（指二维或三

12、维人体模型样板中人体躯干与大腿连接点即胯点）的移动；更低的应力疲劳，提高产品的使用寿命；更好的支撑效果；泡沫产品的受力分布比较均匀，可以降低振动的传递泡沫的自身频率与泡沫相比，从 降低至 ，理想的泡沫自身频率也是在 ，因此泡沫对人体不适的振动频率具有较强的隔绝性在高速公路路面传递到车身的振动频率 的频率范围内，泡沫对振动的过滤与泡沫相比，提高了，因此用泡沫制备的座椅具有较好的动态舒适性同时由于泡沫内部具有均一的泡孔，其产品的力学性能优越，所需的泡沫厚度可以更薄，传统泡沫制备的座椅坐垫的厚度需要，而用泡沫后可以减薄，降低至因此使用泡沫对于车身减重具有重要意义汽车座椅用聚氨酯泡沫在环保性方面的进展

13、 低挥发性助剂汽车制造商对车用材料的要求逐年提高，除了材料机械性能阻燃性乘坐舒适性等指标，材料对车内环境如车体内的气味和雾度等的影响被列为新标准汽车座椅采用的，在生产过程中使用叔胺类催化剂，可产生氨臭味，当车内温度较高时可挥发，部分挥发物凝聚在车玻璃上，使玻璃模糊（即雾化）所以为了降低聚氨酯泡沫的气味，聚氨酯行业近年来开发了低挥发催化剂低挥发性胺类催化剂或无挥发性催化剂通常是相对分子质量较高（高沸点）或者反应性催化剂反应性催化剂分子内含羟基等活性氢基团，在泡沫反应成型过程中结合到聚氨酯树脂中，从而无挥发性国外的一些专业聚氨酯助剂生产公司，如美国气体产品公司日本东漕化工德国公司美国聚氨酯助剂公司

14、都有低挥发性反应性催化剂出售其中美国气体产品公司的反应性低散发催化剂牌号有：等日本东漕化工的，也是反应性催化剂采用反应性催化剂的挥发性与传统非反应性催化剂相比大大降低，但催化剂相比催化活性也降低，因此体系中催化剂的加入量较大 生物基聚氨酯泡沫随着全球油价上涨及资源的匮乏，人们又开始把聚氨酯泡沫的原料来源转到生物原料上，很多生物材料如蓖麻油大豆油棕榈油等经酯交换反应可以制备生物基多元醇，由于其来源比较环保，同时聚氨酯泡沫可以生物降解，各国公司及研究机构开始投入大量的精力开发这类材料，年美国公司开发了由大豆油制备得到的多元醇，其应用范围几乎与聚醚多元醇相同，年产能多万国内近年厂家也开始生产生物基聚

15、醚，如广州海珥玛植物油脂有限公司可以提供软泡半硬泡及硬泡用大豆油多元醇欧美等国对回收材料的使用有法律要求，汽车工业已经大规模使用生物基聚醚多元醇由于我国没有强制要求，并且可以提供生物基聚醚多元醇的第期李志峰，等汽车座椅用软质聚氨酯泡沫的进展厂家较少，所以生物基聚醚多元醇的使用尚未普及，随着国家法律法规的逐渐完善，今后 年内生物基聚醚多元醇将是我国聚氨酯工业的新增长点多硬度聚氨酯泡沫多硬度聚氨酯泡沫是高回弹聚氨酯泡沫的一个分支，现在汽车工业已经大规模使用优化的支撑性和长时乘坐舒适性能可以通过座椅的不同区域使用不同的硬度获得汽车座椅坐垫的不同部位对身体的支撑力要求不同，因此可以在汽车坐垫的不同部位

16、设计不同的硬度，这样在静态及动态条件下坐垫可以为身体提供较好的支撑早期的研究发现，汽车坐垫对人体皮肤的压力要小于 ，如果高于此值，不利于人体血液循环，导致驾驶员产生疲劳同时要求汽车座椅在转弯时对驾驶员或者乘客提供较好的侧边支撑力防止侧滑，这需要汽车坐垫及靠背的侧翼具有较高的硬度乘坐者直接坐在被硬度较高泡沫包围的软质泡沫上时舒适性会明显提高，这些较硬泡沫的硬度是软质泡沫的 倍，因此垂直多硬度泡沫被开发出来，此种多硬度聚氨酯泡沫制品的优点是可以提供舒适性指数大于的泡沫制品现在国际上普遍实行的工艺方案是先浇注高密度聚氨酯泡沫，然后在高密度聚氨酯泡沫上方放置无纺布，最后在无纺布上浇注低密度聚氨酯泡沫此生产工艺虽然制备的产品性能优越但是生产工序繁多，生产效率较低结束语我国汽车用聚氨酯泡沫的发展已基本满足汽车工业的发展，但在动态舒适性泡沫及生物基泡沫发展方面还有较大发展空间今后需加大聚醚多元醇的新品开发，促进我国汽车用聚氨酯产业的发展，以增加我国内饰件生产厂家的全球竞争力参考文献，：，：，（）：，：，朱长春，翁汉元，吕国会，等国内外聚氨酯工业最新发展状况深圳：中国聚氨酯工业协会第十六