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          聚氨酯應用
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          【技術專欄】汽車座椅發泡技術,玩的不是軟綿綿,還有硬技術!

          發布于:2016-1-11 10:45:54

           

          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里來一樣。好奇心打開后,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后的故事。

          究竟它是如何形成的?生產工藝有哪些?材質的選擇上如何考究?如何區分其好壞……,作為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,共匯總出十大問題,具體整理報道如下,與業內共饗!

          問題一:發泡如何形成的?

          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、酵母混合之后進行搓揉,然后上爐子蒸。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后反應生成的。其中,水和異氰酸酯反應產生二氧化碳和聚脲,聚醚和異氰酸酯反應生成了聚氨酯,而所有的這些混合之后像發面一樣的形成泡沫。

          在實際生產中我們會利用模具使得泡沫發起后形成我們需要的形狀,我們稱之為反應模塑。之后就是后期處理,這個過程較為簡單,就是將它放在自由狀態下進行熟化。因為泡沫是一種粘彈性物質,它的特性會隨著時間、速度而產生變化,因此我們一般會把它靜止8到24個小時,讓它的硬度穩定之后,再拿到總裝工廠去包覆,這就是一個座椅泡沫的生產過程。

          問題二:制造工藝中熱發泡與冷發泡的區別?

          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后,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。

          通過此工藝生產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。然該工藝劣勢是能源消耗比較大,同時因為模具上的排氣孔會產生較多的“蘑菇頭”,化料浪費較多,而且后期現場清理和設備維護也會比較麻煩。

          而冷發泡并不是說模具是冷的(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,較為復雜.但它的制造現場會比較干凈,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。

          問題三:發泡材料TDI與MDI的應用范圍與區別?

          TDI、MDI的選擇是根據不同地區的需求來確定的,拿我們的客戶來舉例,北美的客戶,以前主要使用的是純TDI,現在有些公司開始轉用TM8020;日本傾向采用的是TDI,而歐洲用的則是MDI。而中國的客戶則是非常多元的。

          MDI與TDI的區別在于,MDI能夠提高泡沫的耐濕熱老化性,耐久度,但反應活性比TDI高,因此MDI用于泡沫生產的時候密度比較高?,F在歐系車一般密度要求都會在60kg/m3以上。TDI泡沫彈性較好,一般可以做到密度35kg/m3,最低據我所知是28 kg/m3的密度,但28的時候物理性能是個挑戰。這樣在同樣硬度時,TDI可以做到更低密度,從成本上能夠節約很多。但是TDI因為蒸氣壓較高,氣味大,揮發毒性較MDI高,在生產中,需要更多關注對員工健康和環境的影響。

          問題四:生物基作為一種更環保的材料,目前開發和市場應用情況如何?其提取是否更為困難?成本是否也會很高?

          生物基的種類很多,如大豆油聚醚、蓖麻油聚醚、棕櫚油聚醚?,F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。

          至于提煉上目前并不是特別困難,現在市場上的生物基聚醚并不是100%生物基。而是將生物基油提取出來之后結合常規的聚醚合成技術,生產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、批量化的生產,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?

          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,能夠保證產品滿足客戶的要求。

          機:即生產設備的可靠性要高,有穩定的輸出,以保證產品的穩定性。料:指的是要有一個可靠的原材料供應。

          法:主要指的是制造方法和檢測方法。

          環:主要指的環境保護。,歐洲、北美、中國、東南亞的分支機構之間在工廠布局方面的歷史數據,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。

          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?

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

           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,如反復壓縮實驗,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,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。

          問題七:座椅泡沫是車內污染源的一部分,關鍵控制措施有哪些?

          泡沫揮發物主要有兩種來源:一個是從原材料里面來(包括聚醚和催化劑、添加物),一個是反應過程當中產生的。

          問題八:座椅泡沫本身很輕了,有無促其更輕的辦法?

          第一個是水平發泡DHH,這個是雙層發泡的技術,我們可以將泡沫底層做得比較硬一些,上面一層做得比較軟一些。側翼也可以做到是同樣的雙層發泡,也可以是不同硬度。這樣一方面有非常好表面柔軟性,又能夠保證平均的應力分布,提供長途駕駛的舒適性。另外一個技術叫R-comfort,呈現在座椅泡沫上表面會有各種紋路。一方面保證了短途駕駛的柔軟性, 并且加快氣體的流動,幫助長時間乘坐所造成的熱量的散發,同時又保證泡沫的舒適性。

          問題九:座椅泡沫在降低成本上有哪些措施?

          泡沫的成本主要由兩塊構成,一個是材料成本,一個是生產運營成本。

          材料降本:我們只是從原料供應商那里購買原料,包括催化劑,這在成本和技術上都有優勢。

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

          問題十:在發泡技術方面目前還有哪些技術瓶頸難逾越或者存在哪些空間?未來技術趨向是什么?

          聚氨酯生產是汽車座椅泡沫是行業內的通用方法.任何一種技術,都存在相應的瓶頸和空間。做泡沫這么多年,我感覺首先原材料需要提升,目前我們的原材料都是通過石油提煉出來的,在生產過程中并不能保證材料成分的單一性, 而是會有很多的雜質或副產品,而這些物質在目前的生產工藝條件下是無法完全消除的,這就會對我們最終的制品無論從VOC方向還是從性能方向都會帶來影響。

          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,但是因為化學反應的復雜性,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,但是它里面大分子、小分子很多,最終就會對泡沫性能影響非常大。

          需要提升的第二個方面就是泡沫的生產工藝。泡沫生產是一種閉模反應過程,我們不知道合上了模具之后里面是什么一種情況。泡沫不像金屬零件,只要設置好,生產出來的產品偏差可能就在幾μ之內的,先后連續出來的泡沫都不可能是一樣的。我們經常會碰到的問題是,同一個澆注路線,澆注配方,同樣的設備和參數, 前面生產都沒有問題,突然就會出現問題,往往還是不重現的, 這些常是由模具,設備等因素造成的。然而整個生產是我們看不見的,無法做出精確的判斷。

          第三個是政策法規的具體實施上面,比如VOC的出臺和完善。

          所以,我個人認為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。

          至于技術趨勢,我認為主要有四個方面:環保低揮發、舒適性、耐久性、靈活性和多樣性。

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