聚氨酯制品览表材料的汽车零部件的发展必然趋势和重要技术途径

一.PU是实现汽车材料轻量化的关键材料

降低PU泡棉的密度是实现汽车内饰件轻量化的重要技术途径。目前我国采用的主要技术途径是：采用高固含量、低粘度POP（接枝聚醚）和高官能度、高活性聚醚等技术途径。

RIM（Reaction Injection Molding）、RRIM（Enhanced Reaction Injection Molding）和SRIM（Structural Reaction Injection Molding）PU产品在汽车轻量化中的应用：RIM、RRIM和SRIM已广泛应用于欧美汽车行业应用，主要用于保险杠、方向盘、车身面板、引擎盖、行李箱盖、散热器格栅、挡泥板、扰流板等。RRIM产品的重量仅为钢材的一半，是实现汽车轻量化的重要途径。目前，国内汽车行业的RIM等技术在数量和质量上与欧美相比仍有一定差距，有待进一步发展。

表1车用聚氨酯产品列表

PU材料是最有前景的汽车塑化材料。目前，世界汽车（主要是轿车和新能源汽车）的发展方向是轻量化。轻量化是提高燃油燃烧效率、减少汽车尾气排放、实现汽车节能减排的重要技术措施。汽车材料的塑化，以塑代钢，是发展汽车轻量化的必然趋势和重要技术途径。不同材质的汽车零部件消耗的能量不同。

以生产同样重量（450克）的零件为例，塑料件的能耗相当于汽油3.9~4.5公斤，如果是铝或钢使用时，能耗相当于汽油5.3~6.8 kg。统计表明，汽车每减轻10%的重量，油耗可降低6%~8%。

目前，技术发达国家汽车的平均塑料消耗量为120公斤/辆，德国汽车的平均塑料消耗量为300公斤。我国汽车平均塑料消耗量为80-100公斤/车，奥迪A2的消耗量为220公斤。到2020年，技术发达国家汽车的平均塑料消耗量将达到500公斤/辆以上。巴斯夫制造的跑车采用全 PU 车身，最高时速可达 270 公里/小时。采用RRIM技术，PU体为碳纤维增强微孔PU弹性体复合材料。

二.TPU及其复合材料是汽车塑化的重要原料之一

目前汽车上使用的塑料材质主要有PP（聚丙烯）、PVC（聚氯乙烯）、PU和PA（尼龙）。汽车塑料件的发展方向是不断推出性价比高、可回收的材料。热塑性聚氨酯弹性体（TPU）材料可以发挥其独特的优势。 TPU 已用于车身的各种部件，包括 TPU 塑料合金。例如TPU与PP、PVC、PA等塑料构成高性价比的复合材料，可在汽车行业发挥主要作用。 TPU橡胶复合材料：由TPU和各种橡胶组成的复合材料在汽车行业有重要用途。

(1）TPU/PP(聚丙烯)塑料合金

目前，国内外正在开发用于汽车TPU-PP玻璃纤维（包括长纤维和短纤维）的增强橡塑复合结构材料。这种材料具有重量轻、性价比优异、可回收利用等优点，有望得到广泛应用。用于汽车内外饰件，如保险杠及其支架、汽车上的各种支架、结构框架等。一旦开发成功，TPU在汽车中的应用将大大增加。

(2）TPU/PC(聚碳酸酯)塑料合金

TPU/PC共混合金可提高PC的韧性、应力开裂、断裂敏感性、耐溶剂性、耐化学性，同时降低PC的成型温度，扩大其在汽车行业的应用。

（3）TPU/PVC塑料合金

TPU/PVC合金可显着提高PVC的延伸率（可替代有毒的DOP增塑剂），扩大PVC的应用领域。最近有报道称反应性共混技术可制备 TPU/PVC 合金。首先将PVC溶解在TPU原料二醇中，然后加入异氰酸酯进行原位聚合，形成TPU/PVC合金。

(4）TPU/PA6(尼龙6）塑料合金

尼龙6是尼龙中性价比最高、应用最广泛的工程塑料。 PA6具有强度高、耐腐蚀、耐油、自润滑等特点，但存在冲击韧性低、吸湿性高的缺点。因此，它的应用领域是有限的。 TPU弹性体具有高强度、高弹性、高耐磨等特点，但存在耐低温的缺点。 TPU/PA6工程塑料的开发综合了上述两种材料的优点，克服了其缺点，将是一种新型的高性能复合材料。在汽车行业具有广泛的应用价值。

TPU 塑料合金和 TPU 橡胶复合材料都是可回收和可重复使用的。目前，我国二手车保有量超过5000万辆，每年需要改造报废的二手车达1000万辆。欧美先进国家已明确提出汽车工业用塑料件的可回收性和可用性指标，要求汽车塑料的可回收率应达到95%以上，可用率应达到90%以上。我国国家发改委、科技部、环保局联合制定了汽车零部件回收利用技术政策。 TPU是一种可回收的热塑性弹性体，但目前我国汽车行业的TPU年消耗量仅为3万吨左右。 TPU塑料合金等复合材料无疑为新型TPU弹性体材料在汽车上的应用提供了新的机遇。巨大的市场机会。

三.PU绿色环保材料是汽车材料发展的必然趋势

1.低VOC PU泡棉开发

汽车中VOC（有机挥发物）含量已成为消费者对其产品认知度的重要评价指标；

车内PU发泡材料、PU粘合剂、PU涂料、PU合成革等中的VOC挥发物是影响车内空气质量的主要因素；

PU材料中有害气体和挥发性问题的研究与控制及有效的预防措施，对改善车辆内部环境和我国汽车工业的发展具有重要意义；

汽车内饰件用PU泡沫VOCs的主要来源：聚醚多元醇（主要是POP）、催化剂、稳泡剂（稳定剂）、异氰酸酯中的挥发性有机化合物，包括芳香族化合物（甲苯、苯乙烯）和有机胺化合物；

开发高固含量、低挥发性POP、有机胺类活性催化剂、低挥发性泡沫稳定剂等。上海应用技术研究院与武汉星桥高分子新材料科技有限公司等单位合作开发车载VOC空气净化器，对改善车内空气质量效果明显。

2.积极发展生物质植物油多元醇绿色技术

植物油是一种可再生资源。以大豆油、蓖麻油、棕榈油等植物油为原料，可开发相应的植物油多元醇替代石油化工路线中的聚醚多元醇。生物基PU泡沫比石油基PU泡沫具有更好的回收率、有机物挥发和CO2排放，是一种绿色环保的原材料。美国重点发展以豆油为基础的植物油多元醇。美国福特汽车公司已成功开发出用于汽车座垫和座椅靠背的大豆油基聚氨酯泡沫塑料。马来西亚利用当地资源开发了一系列棕榈油多元醇，广泛应用于PU硬泡领域。日本丰田汽车公司成功开发出蓖麻油基PU发泡座垫。

3.积极发展PU汽车绿色轮胎技术

目前，世界上绝大多数汽车轮胎都使用橡胶轮胎。这种汽车轮胎在城市行驶时，由于与地面的摩擦，会向​​空气中排放大量有害颗粒物，是造成城市空气环境质量差的重要污染源。 PU轮胎具有优异的耐磨性（是天然橡胶的3～5倍，实际应用中可达10倍），不含炭黑和石蜡烃，用于城市交通，将大大改善城市空气。质量。与橡胶轮胎相比，PU轮胎还具有加工能耗低、节能减排、使用寿命长等优点。橡胶轮胎的重要原材料是天然橡胶（NR）。我国轮胎工业每年需要NR 49-600万吨，占全球产量的50%，而自给率只有13%-16%。需要大量进口NR。目前，NR价格已高达4万元/t以上。因此，积极发展被中国聚氨酯工业协会列为“十二五”期间重点发展对象的聚氨酯轮胎势在必行。

华南理工大学利用CPU技术成功开发PU-橡胶复合轮胎，目前已处于产业化阶段。上海应用技术研究所正在积极开发TPU轮胎，欢迎相关单位参与合作。

4.车用水性PU胶发展前景广阔

随着环保法规的完善和环保意识的增强，溶剂型汽车胶粘剂将逐渐被环保型胶粘剂所取代，如水性胶粘剂。尤其是水性汽车内饰胶的推广应用势在必行。水性内饰胶主要用于粘合汽车顶棚、地板、地毯、仪表板、门板等内饰件。目前日本的汽车内饰胶都是水性的，美国占60%，而在我国只有 20%。在水性汽车内饰胶中，PU胶是主要品种。我国水性PU内饰胶技术日趋成熟，应积极推广应用于汽车领域。

此外，随着汽车的轻量化和塑料件用量的不断增加，塑料件（SMC）已在欧美日等地广泛应用于汽车车身面板、车顶、驾驶舱顶盖等。 FRP和SMC不能用传统的焊接技术与车身框架组装，必须使用粘接技术。无溶剂型PU胶是重要品种之一。

5.汽车水性PU涂料前途一片光明

水性 PU 手感涂料是一种低 VOC 涂料，VOC 挥发物比传统溶剂型涂料低 10 倍以上。随着汽车的轻量化，塑料件的应用范围不断扩大，环保绿色水性PU柔性材料是未来汽车塑料件涂料的发展方向。

6.PU合成革在汽车内饰中有着广阔的应用前景

与真皮相比，PU合成革具有无味、手感柔软、耐磨性好、撕裂强度高、成品色牢度好等优点，克服了皮革资源日益短缺和环境污染严重的问题满足汽车内饰件的绿色环保要求。尤其是PU超细纤维鹿皮绒，具有外观豪华、质地柔软、光泽优雅、经久耐用等优点，使汽车内饰有房间的感觉。受到汽车厂商的青睐，已成为高端豪华车内饰不可缺少的环保材料。

四.PU材料的舒适性和安全性是重要的发展方向

1.提高汽车舒适性是PU汽车内饰件的重要发展方向

汽车的座垫、靠背和头枕是聚氨酯泡沫在车内大量使用的部位，也是人们乘坐舒适性最敏感的地方，所以对汽车的性能要求产品也很严格。目前国内汽车使用的聚氨酯泡沫座垫大多是密度均匀的冷固化产品。近年来开发的新型汽车座垫采用双硬度或多硬度泡沫。这种双硬度座垫的生产可以通过双头或多头混合头将聚醚多元醇和异氰酸酯注射到模具中来实现，也可以实现。采用全MDI冷成型工艺，通过改变异氰酸酯指数，精确控制坐垫不同部位的硬度——坐垫中间软，侧面硬。柔软的泡沫提供舒适性，两侧的硬质部分提供支撑，有助于在汽车高速行驶或转弯时保持驾驶员和乘客的稳定，提高乘坐安全性。武汉星桥高分子科技有限公司采用多组分混合技术生产双硬多硬泡棉，技术水平处于国内领先地位。

2.微孔PU用作汽车地板减振垫

微孔聚氨酯泡沫有望取代橡胶材料作为大多数车身的底部减震垫。北美汽车制造商正在努力使汽车更安静、更舒适。减震器安装在汽车底盘上，将车身与车架隔离，提高平顺性和乘坐品质。微孔聚氨酯是一种独特的隔音和减振 (NVH) 创新材料。

微孔聚氨酯作为橡胶车身总成的替代品，具有竞争力的价格，可有效提高减震性能，延长材料性能保持时间，减轻质量，改善装配工艺。使用微孔聚氨酯的另一个优点是，可以通过改变材料的密度轻松优化车身底部衬垫，而不必像传统工艺那样调整材料生产配方或产品几何形状。后者需要原型设计，既昂贵又耗时。

3.微孔PU弹性体辅助弹簧减震器

汽车前后独立悬挂减震器的辅助弹簧采用圆柱形塔形微孔聚氨酯弹性体（微发泡型）。使用这种弹簧系统对于提高车辆性能的效果尤为明显。弹簧的抗拉强度为~20 N/mm，伸长率>300%，撕裂强度>8N/mm。弹簧的压应力上升很小，直到变形达到35%左右，应力才明显上升。此时变形迅速增大并接近最大值，满足了车辆对形体稳定性和乘坐舒适性的要求，大大提高了减震器的使用率。生活。一些车辆使用空气弹簧与微孔聚氨酯弹性体弹簧配合使用，以减少设计体积，提高车辆的行驶稳定性。根据汽车微孔聚氨酯弹性体所用二异氰酸酯的种类，有NDI型和MDI型两种。主要区别在于它们的动态和静态特性。目前，90%以上的高端豪华车使用微孔聚氨酯阻尼缓冲块。与橡胶阻尼缓冲块相比，它具有极高的压缩性、变形能力和优异的力学性能，以及出色的抗动态疲劳性能。 .

4.PU 保险杠

保险杠安装在汽车的前部和后部pvc弹性体材料，在发生碰撞时缓冲和减少损坏。所使用的材料要求既有刚性又有弹性。近年来，一种由微孔聚氨酯弹性体制成的新型悬挂结构保险杠开始出现。由于微孔弹性体的低硬度和高压缩率，它可以通过变形吸收80%的冲击能量，其余的冲击能量可以传递给底盘。这种保险杠具有重量轻、安全、稳定、降噪。由于聚氨酯材料的使用价格较高，在欧、美、日及我国广泛使用。将其用作高档汽车的保险杠。

5.PU安全气囊

在汽车上安装安全气囊是现代汽车工业发展的必然趋势，对保障驾驶员的生命安全具有重要作用。气囊必须有一定的强度，能承受高速冲击，还要求有良好的低温柔韧性，所以适合用聚氨酯材料制作。安全气囊的表皮由聚氨酯弹性体制成，背面衬有聚氨酯泡沫。自结皮聚氨酯泡沫。每个安全气囊的材料量为200~400克。

6.PU降噪技术

随着汽车工业的发展，作为一种交通工具，人们不仅对其性能提出了更高的要求，而且对其乘坐舒适性提出了越来越高的要求。车内噪音水平是反映其舒适度的一个重要指标。为了提高车辆的舒适性，世界各大汽车公司都制定了严格的车内噪音控制标准，车内噪音的控制是一个重要的研究方向。特别是对于汽车来说，车内的噪音水平是衡量汽车质量的标准之一。汽车的噪音水平直接反映了整车的品质。

由于聚氨酯泡沫材料具有多孔吸声材料的内部结构，即由于材料本身的内摩擦和空气之间的摩擦，它具有许多微小的间隙和连续的气泡。材料孔隙和孔壁，声波的能量被大大吸收和衰减。这种吸声材料能有效吸收入射在其上的声能，使其具有良好的高频吸声性能。由于摩擦力和粘性力的作用，将相当一部分声能转化为热能，使声波衰减，反射声减弱，达到吸声的目的；其次pvc弹性体材料，小孔中的空气以及孔壁与纤维之间的热交换导致热损失也衰减了声能。

7.无卤阻燃PU内饰件

汽车内饰用PU泡棉的阻燃性能也是衡量汽车安全性能的重要指标。这种阻燃材料需要使用无卤阻燃技术，目前国内外一些高端汽车已经应用了该技术。

五.结论

我国PU工业的快速发展，为我国汽车工业的超高速发展创造了必要条件。相反，我国的汽车产业将极大地刺激我国PU产业的快速发展。

1.我国汽车工业是世界第一大制造和消费国，但不是制造强国。我国汽车工业未来的发展将从追求产能、产量和规模逐渐转变为更加注重质量和水平。

2.车辆轻量化、绿色环保、舒适安全将成为我国汽车工业未来材料发展方向。

3.PU材料是实现汽车轻量化和塑化的关键材料。

4.TPU塑料合金和TPU复合材料将成为汽车塑化的重要技术途径。

5.汽车内饰件PU材料、PU泡棉、PU粘合剂、PU涂料、PU合成革必须走绿色发展之路。

6. PU汽车轮胎和生物质植物油多元醇是汽车PU的绿色材料，具有巨大的发展活力。

7. PU材料包括内饰件（座椅、靠背头枕）、微孔PU弹性体减震垫、减震弹簧、保险杠、安全气囊和PU降噪技术，PU阻燃材料是重要的实现汽车舒适安全的技术途径和发展方向。