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2024-01-18 / 行业新闻

和谐共生丨麦格纳100%可回收汽车发泡件，如何兼具环保性与舒适性？

如今，新材料以其独特的优势备受青睐。作为其中的代表，高分子发泡材料广泛应用于电子、家电、汽车、风力发电、轨道交通、建筑节能等领域，是我国产业政策重点鼓励发展的行业。而在发泡市场发展增速中，汽车工业的发展成为对发泡材料需求增长的主要驱动力，也是发泡材料新兴市场增长的主要方向。

近年来，国内机动车的污染排放逐年放缓，同时在“双碳”的目标下，未来的15年内，我国对汽车百公里油耗发布了明确的政策要求。众所周知，车辆油耗与其自身重量息息相关，在不影响整车强度和安全性能的前提下，尽可能地减轻车身重量，将有利于降低车辆的百公里油耗值以及提升汽车的续航里程。

根据世界铝业协会报道，当汽车整车重量每降低10%时，燃油效率可提高6%~8%；大众汽车研究数据显示，当汽车整备重量每减少100kg时，其每公里所排放的二氧化碳将减少8~11g，百公里油耗可降低0.3~0.5L；另据我国新能源汽车技术创新研究表明，整车重量每降低10kg，续航里程可增加约2.5km。

因此，在双碳战略的趋势下，在汽车生产过程中对其各个零部件进行节能改造是符合可持续发展的重要方向，而汽车轻量化也是当前汽车工业的主流发展趋势，以材料替代为主的轻量化解决方案备受行业关注。

01 麦格纳：单一材质100%可回收座椅发泡和面套创新技术

整车轻量化对于节能减排目标的实现有着重要意义，无论是对于传统车还是新能源汽车来说，轻量化都将是汽车行业的发展方向之一。站在整车的组成、结构以及材料等角度来看，轻量化的途径应主要包括材料、工艺、结构三个维度，车企或将从整车的车身、底盘、动力、内外饰、系统以及线束等多个方面着手，其中，汽车座椅的轻量化是其主要研究方向之一。

当前的全球汽车行业每年生产超过1.5亿个座椅，虽然座椅的钢结构可以回收，但那些由各种聚合物和材料，如聚氨酯、尼龙、乙烯基和粘合剂等柔软材料组成的结构却很难拆开，导致了垃圾填埋问题。

对此，供应商巨头麦格纳国际公司（以下简称“麦格纳”）近期推出EcoSphere™产品系列，包括可持续的面套材料、面套衬垫、结构件和发泡件。该产品通过单一的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）材料与麦格纳创新的100%熔融可回收泡沫和装饰系统相结合，从而避免其报废后在垃圾填埋场处置发泡垫和面套。此外，在材料可回收领域，麦格纳的EcoSphere技术开发出了可回收的生物基材料，让人们的出行方式更环保。

图：麦格纳座椅

图源：@麦格纳/侵删

作为一家深耕于座椅发泡工艺多元化的公司，麦格纳在材料配方体系方面，掌握了普通的双硬度发泡、带复合软层的双硬度发泡以及Dual Horizontal Hardness（DHH）发泡技术，能够提供高回弹发泡、慢回弹发泡以及Freefoam等多种产品，针对不同客户满足其不同需求。

图：三种不同发泡技术示意图

图源：@麦格纳/侵删

不仅如此，麦格纳在座椅发泡领域还已研制出可添加5%~15%比例的蓖麻油单体制造的生物基聚醚发泡产品，且在各项物性中已达到传统发泡的基本要求，相关研究数据显示，批量使用该产品后每年可减少23t~69t的二氧化碳排放。

麦格纳除了在汽车座椅的环保性和发泡技术上持续发力外，其对座椅的舒适性也有所研究。据悉，麦格纳设计出了符合人机工程的座椅造型，使用兼顾舒适和支撑的优质泡沫配方。在三项最能反应舒适度的物理性能指标中，麦格纳座椅的回弹率高于60%、滞后损失控制在175~22%、舒适因子超过3.0，均已超过行业标准等级。

02 符合汽车座椅“人体工程学”的聚氨酯发泡工艺

若想适应连续长途驾驶，就要对汽车座椅提出更高的要求。由于汽车不可能永远处于平整路面，其在路过崎岖路面时会有轻微震动、在过弯道时车身也会连带着人有侧倾等现象都是常态。

因此，现代汽车座椅应将静态舒适性与动态舒适性作为重要环节考虑在设计之中。从人体工程学的角度出发，静态舒适性是指汽车座椅与人体的匹配关系是否可以为使用者提供舒适的坐姿条件，而座椅的静态舒适性与座椅的尺寸参数、表面治疗及调节特性有关，汽车座椅的组成多为弹性较高的发泡材料，其密度相对更低，能够防止物质的燃烧。

图源网络/侵删

动态舒适性的重点体现在以下两个方面：其一，在一定激励条件下，特别是长途驾驶时，座椅本身对振动衰减的能力影响座椅舒适性；其二，座椅对于驾乘人员姿势的保持能力影响座椅舒适性。简单来说，汽车座椅的舒适性与减振环节息息相关。

针对这两个问题，目前市场上大多数车辆都采用聚氨酯PU发泡材料，以吸收从底盘传递到车身以及随后传递到座椅骨架的振动冲击。相较于其他减震材料，聚氨酯发泡材料不仅能控制成本，其优异的减震性能还可以在极低频率下使用。相关统计数据显示，汽车行业的聚氨酯发泡材料用量占其总用量的14%左右。

图：用于汽车座椅的聚氨酯PU发泡材料

图源网络/侵删

汽车座椅使用的发泡材料一般为聚氨酯软质发泡，其复杂的物理化学生产过程分发泡反应和凝胶反应。发泡初期分子链不断增长，主要是线型分子，黏度较小，物料流动性较好，反应到一定阶段，出现凝胶时，大分子开始交联，物料黏度急剧上升，流动性下降。初期链增长较快，反应过程放热量大，发泡剂气化快，使黏度较低的物料快速发泡，在凝胶出现之前充满模具，形成网状多孔的聚氨酯闭孔泡沫。

这种软质聚氨酯发泡材料以其自身的耐磨性、拉伸度强以及耐撕裂等性能，具有更为优越的使用性，相较于传统的汽车座椅，凭借其造价更低、使用时间更长、可塑性也更强以及与汽车适配度更高等优势，逐渐引来愈来愈多的汽车生产厂商的青睐。

03

聚氨酯发泡材料能否成为汽车座椅轻量化的标配？

汽车轻量化是未来可持续发展的必然趋势，近几年伴随着电动车的快速发展，更加推动了汽车轻量化技术产业面向绿色化的应用。

据统计，在整个汽车大零部件中，座椅的重量基本上前后排加起来能够占到7%，随着未来汽车座椅功能的复杂化，占比可能还会继续增加。因此，座椅作为汽车的重要内饰件，对其进行轻量化设计将对整车减重发挥相当重要的作用。

对此，在减少碳足迹方面，加拿大聚氨酯（PU）泡沫塑料制造商Woodbridge的科学家开发出一种工艺，可将最纯净的生物碳（biocarbon）整合到公司的高性能聚氨酯座椅泡沫化学中。该款新产品名为TrimVisible™ BIO，能够在不影响材料特性、性能和舒适性的情况下，从摇篮到大门的过程中直接减少座椅泡沫的二氧化碳足迹。这项技术最终将有助于在车辆的整个生命周期内减少二氧化碳排放量。

图源：中国复合材料学会/侵删

在汽车座椅等内饰件轻量化方面，湖北祥源新材科技股份有限公司（以下简称“湖北祥源”），作为一家集研发、生产和销售于一体的国家高新技术企业，主要产品有IXPE、IXPP、XPE、PU(微孔聚氨酯）泡棉、有机硅发泡材料。其中，IXPP是以聚丙烯为主体材料，配以发泡剂等辅料，经造粒、挤出成型及辐照交联的加工方式，最后经过发泡形成的一种发泡材料。IXPP泡棉具有优异的隔音性、出色的防水性、显著的耐温性、良好的回弹性及优秀的减震缓冲性，广泛应用于包括座椅在内的汽车内饰领域。

图：IXPP泡棉及其应用场景

图源：@模切涂布Family

值得注意的是，聚氨酯发泡材料在汽车座椅的应用过程中会出现因泡沫内部压力不足产生虚料；因泡沫层状分布，中间夹杂没有完全反应的原料；密封不严导致漏料；原料流动异常导致产品表面出现大的凹陷；脱模后在产品表面出现大的鼓起，类似于气球样，剥开表皮会发现泡层从中间分开，中间夹杂了细小的泡坑等情况。

但是从长远的角度看，聚氨酯发泡材料虽然具有一定的缺陷，但其优点更为重要。相信在未来，随着人们科技水平的提高，使得聚氨酯发泡材料能够让汽车的生产技术和安全系数得到进一步提高，到那个时候，聚氨酯发泡材料或许有机会成为未来汽车座椅的标配。

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