聚氨酯技术-解开“面纱”十问”汽车座椅发泡技术

聚氨酯技术-解开“面纱”十问”汽车座椅发泡技术
问题一：发泡如何形成的?
　　倪海峰：
汽车座椅发泡说得简单一点，实际上感觉和做馒头差不多—将面粉、水、酵母混合之后进行搓揉，然后上炉子蒸。不过这当中肯定有本质的区别，蒸馒头是通过酵母进行物理发泡的过程。
而汽车座椅的泡沫制造实际上是将聚醚，异氰酸酯，如苯二异氰酸酯(TolueneDiisocyanate，简称TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(Methylenediphenyl Diisocyanate，简称MDI)之类的以及水和添加剂混合后反应生成的。其中，水和异氰酸酯反应产生二氧化碳和聚脲，聚醚和异氰酸酯反应生成了聚氨酯，而所有的这些混合之后像发面一样的形成泡沫。
在实际生产中我们会利用模具使得泡沫发起后形成我们需要的形状，我们称之为反应模塑。之后就是后期处理，这个过程较为简单，就是将它放在自由状态下进行熟化。因为泡沫是一种粘弹性物质，它的特性会随着时间、速度而产生变化，因此我们一般会把它静止8到24个小时，让它的硬度稳定之后，再拿到总装工厂去包覆，这就是一个座椅泡沫的生产过程。
问题二：制造工艺中热发泡与冷发泡的区别?
　　倪海峰：
目前的发泡制作通常有两种工艺：热发泡和冷发泡。所谓热发泡就是浇注完成后,模具经过烘箱来完成反应，这个烘箱的温度一般情况下应该在摄氏220度到250度，低一点的在180度。
通过此工艺生产出来的泡沫优势是密度低，热老化性能很好，而且不需要单独开孔。另外，该工艺模具成本很低，在欧洲一些主机厂还是比较热衷于热发泡的性能，江森在奥地利的工厂有一条热发泡生产线，主要给宝马奥迪等厂商来供货。然该工艺劣势是能源消耗比较大，同时因为模具上的排气孔会产生较多的“蘑菇头”，化料浪费较多,而且后期现场清理和设备维护也会比较麻烦。
而冷发泡并不是说模具是冷的(温度大概在50度到70度)，只是相对热发泡来说较低。冷发泡反应过程跟热发泡是一样的，只不过模具通过热水或电来加热,较为复杂.但它的制造现场会比较干净，能源消耗较低, 这种工艺目前应用较多。
在同样密度条件下,两种工艺成本差不多，热发泡相对低一些，江森自控创新团队目前正在研究热发泡如何克服之前的劣势，同时又能确保其客户青睐的性能。
问题三：发泡材料TDI与MDI的应用范围与区别?
　　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用于泡沫生产的时候密度比较高。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,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,在生产中,需要更多关注对员工健康和环境的影响。
不过，江森自控自2008年开始研发MDI和TDI混线生产的方式，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生产MDI产品，又可生产TDI产品，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。今年的上海车展大家会看到这样的产品。
问题四：生物基作为一种更环保的材料，目前开发和市场应用情况如何?其提取是否更为困难?成本是否也会很高?
　　倪海峰：
生物基的种类很多，如江森自控就有大豆油聚醚、蓖麻油聚醚、棕榈油聚醚。现在在国外很多车型上已经应用了，如福特、克莱斯勒等。在中国，目前主机厂没有这方面的需求，但随着国家对乘用车车内空气质量和VOC的要求越来越高，石油来源越来越少，国内的主机厂也会往生物基聚醚方向转变。
至于提炼上目前并不是特别困难，现在市场上的生物基聚醚并不是100%生物基。而是将生物基油提取出来之后结合常规的聚醚合成技术，生产出来一种新的聚醚叫生物基聚醚,真正的生物基含量往往不到20%.
目前生物基聚醚在国内价格上随市场波动较大,没有形成大规模、批量化的生产，价格和常规聚醚相比没有优势。
问题五：如何衡量企业发泡技术的成熟度?
　　倪海峰：
我们会从“人、机、料、法、环”这五个方面去考虑。
人：是指有经验的发泡专家，能够保证产品满足客户的要求。我们江森自控在中国的发泡专家有超过40多名，针对工厂的整个制造流程会给出很多指导性的意见。
机：即生产设备的可靠性要高，有稳定的输出，以保证产品的稳定性。江森自控跟全球的三家发泡设备供应商—克劳斯玛菲(KraussMaffei)、亨内基(Hennecke)、意大利的Cannon都有合作。同时对设备供应商亦不断提出引领行业的技术要求，包括设备流量的控制、压力控制等，充分保证了设备输出的可靠性。
料：指的是要有一个可靠的原材料供应。以中国为例，江森和国内外知名的、有品质保证的供应商合作。我们的异氰酸酯供应商主要是拜耳、巴斯夫和亨斯迈(Huntsman)三家，还有国内大的异氰酸酯供应商万华。聚醚这一块国内我们主要和上海高桥石化、天津三石化、蓝星东大,南京可利亚这些中国首屈一指的聚醚生产厂家合作。同时我们在原材料入厂之前都会进行一系列的检验，保证原材料的可靠性。
法：主要指的是制造方法和检测方法。在制造方法方面，江森自控采用全球运营体系(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，这样各个工厂生产的产品可以进行比照。
环：主要指的环境保护。江森自控一直以来非常注重对环境和员工健康的保护,欧洲、北美、中国、东南亚的分支机构之间在工厂布局方面的历史数据，员工的健康安全、有毒有害气体的排放，以及工厂的通风系统,新技术和手段等方面经常会展开讨论分享，终实现既保证员工的身体健康，又不让有毒有害的物质挥发到大气中去。
总的来说，人、机、料、法、环是衡量发泡技术成熟程度的关键。
问题三：发泡材料TDI与MDI的应用范围与区别?
　　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用于泡沫生产的时候密度比较高。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,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,在生产中,需要更多关注对员工健康和环境的影响。
不过，江森自控自2008年开始研发MDI和TDI混线生产的方式，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生产MDI产品，又可生产TDI产品，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。今年的上海车展大家会看到这样的产品。
问题四：生物基作为一种更环保的材料，目前开发和市场应用情况如何?其提取是否更为困难?成本是否也会很高?
　　倪海峰：
生物基的种类很多，如江森自控就有大豆油聚醚、蓖麻油聚醚、棕榈油聚醚。现在在国外很多车型上已经应用了，如福特、克莱斯勒等。在中国，目前主机厂没有这方面的需求，但随着国家对乘用车车内空气质量和VOC的要求越来越高，石油来源越来越少，国内的主机厂也会往生物基聚醚方向转变。
至于提炼上目前并不是特别困难，现在市场上的生物基聚醚并不是100%生物基。而是将生物基油提取出来之后结合常规的聚醚合成技术，生产出来一种新的聚醚叫生物基聚醚,真正的生物基含量往往不到20%.
目前生物基聚醚在国内价格上随市场波动较大,没有形成大规模、批量化的生产，价格和常规聚醚相比没有优势。
问题五：如何衡量企业发泡技术的成熟度?
　　倪海峰：
我们会从“人、机、料、法、环”这五个方面去考虑。
人：是指有经验的发泡专家，能够保证产品满足客户的要求。我们江森自控在中国的发泡专家有超过40多名，针对工厂的整个制造流程会给出很多指导性的意见。
机：即生产设备的可靠性要高，有稳定的输出，以保证产品的稳定性。江森自控跟全球的三家发泡设备供应商—克劳斯玛菲(KraussMaffei)、亨内基(Hennecke)、意大利的Cannon都有合作。同时对设备供应商亦不断提出引领行业的技术要求，包括设备流量的控制、压力控制等，充分保证了设备输出的可靠性。
料：指的是要有一个可靠的原材料供应。以中国为例，江森和国内外知名的、有品质保证的供应商合作。我们的异氰酸酯供应商主要是拜耳、巴斯夫和亨斯迈(Huntsman)三家，还有国内大的异氰酸酯供应商万华。聚醚这一块国内我们主要和上海高桥石化、天津三石化、蓝星东大,南京可利亚这些中国首屈一指的聚醚生产厂家合作。同时我们在原材料入厂之前都会进行一系列的检验，保证原材料的可靠性。
法：主要指的是制造方法和检测方法。在制造方法方面，江森自控采用全球运营体系(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，这样各个工厂生产的产品可以进行比照。
环：主要指的环境保护。江森自控一直以来非常注重对环境和员工健康的保护,欧洲、北美、中国、东南亚的分支机构之间在工厂布局方面的历史数据，员工的健康安全、有毒有害气体的排放，以及工厂的通风系统,新技术和手段等方面经常会展开讨论分享，终实现既保证员工的身体健康，又不让有毒有害的物质挥发到大气中去。
总的来说，人、机、料、法、环是衡量发泡技术成熟程度的关键。
问题七：座椅泡沫是车内污染源的一部分，关键控制措施有哪些?
　　倪海峰：
泡沫挥发物主要有两种来源：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。在反应过程也是一样，我们会采用一些添加剂或者其他一些方法，对配方进行优化，来降低反应过程当中产生的挥发物，从而能够保证我们的产品做得非常环保。
事实上，从2007年开始江森自控在中国就开始研发低挥发的配方，目前很多工厂，包括通用、大众的诸多车型用的都是我们的低挥发配方产品。
问题八：座椅泡沫本身很轻了，有无促其更轻的办法?
　　倪海峰：
江森就有，我们主要通过模具的特殊设计，生产工艺的革新，不断让泡沫变薄，同时保证泡沫的舒适性和耐久度。欢迎你来今年上海车展的江森展台, 届时我可以给你展示我们的两个新技术。
个是水平发泡DHH，这个是双层发泡的技术，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。另外一个技术叫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,江森还在不断寻求新的原材料,使得产品在低密度情况下,仍能保持好的物理性能.
问题九：座椅泡沫在降低成本上有哪些措施?
　　倪海峰：
泡沫的成本主要由两块构成，一个是材料成本，一个是生产运营成本。
材料降本：江森自控拥有自己的配方体系, 我们只是从原料供应商那里购买原料，包括催化剂，这在成本和技术上都有优势。
至于生产运营成本，我们主要的努力方向是通过自动化、精益生产这两个方面来降低我们生产运营的成本。
问题十：在发泡技术方面目前还有哪些技术瓶颈难逾越或者存在哪些空间?未来技术趋向是什么?
　　倪海峰：
聚氨酯生产是汽车座椅泡沫是行业内的通用方法.任何一种技术，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，在生产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产品，而这些物质在目前的生产工艺条件下是无法完全消除的，这就会对我们终的制品无论从VOC方向还是从性能方向都会带来影响。
举个简单例子，聚醚的分子量，我们要求在质谱图上,分子量的峰值宽度给做的越窄越好，但是因为化学反应的复杂性，这个峰值宽度可能会很宽，也就是平均分子量能够做到要求，但是它里面大分子、小分子很多，终就会对泡沫性能影响非常大。江森自控在中国现在有三个主要的研发中心(上海、长春、重庆)，对原材料会用专业设备进行检测来保证入厂的稳定性。当然这种检测只是治标不治本的一项工作，关键还是原材料的改善上。目前我们还没有找到一个非常好的替代产品，特殊的有，但是没有大规模的业务，且只是在实验目前并没有非常成功的案例。
需要提升的第二个方面就是泡沫的生产工艺。泡沫生产是一种闭模反应过程，我们不知道合上了模具之后里面是什么一种情况。泡沫不像金属零件，只要设置好，生产出来的产品偏差可能就在几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, 前面生产都没有问题，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。然而整个生产是我们看不见的，无法做出精确的判断。
第三个是政策法规的具体实施上面，比如VOC的出台和完善。
所以，我个人认为主要困难的地方和需要提升的地方是原材料、设备和政策法规的实施三个方面。
至于技术趋势，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。