来源 | 泡沫塑料联盟
如今，新材料以其独特的优势受到青睐，作为其中的代表，高分子发泡材料被广泛应用于电子、家电、汽车、风力发电、轨道交通、建筑节能等领域，是我国重点鼓励发展的产业政策。在发泡市场的增长速度中，汽车行业的发展成为发泡材料需求增长的主要驱动力，也是发泡材料新兴市场的主要增长方向。
近年来，国内机动车污染排放逐年减缓，同时在“双碳”目标下，我国对未来15年汽车百公里油耗出台了明确的政策要求。众所周知回收钢结构，汽车的油耗与自身重量息息相关，在不影响汽车强度、安全性能的前提下，尽可能减轻汽车重量，有利于降低汽车百公里油耗，增加汽车续航里程。
据世界铝业协会统计，汽车重量减轻10%时，燃油效率可提高6%～8%；大众研究数据显示，汽车整备质量减轻100kg时，每公里二氧化碳排放量将减少8～11g，百公里油耗可降低0.3～0.5L；据我国新能源汽车技术创新研究，车重每减轻10kg，续航里程可增加2.5km左右。
因此在双碳战略的趋势下，汽车生产过程中各零部件的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行业的主流发展趋势，以材料替代为主的汽车轻量化解决方案备受行业关注。
1 麦格纳：单一材料100%可回收座椅泡沫和内饰创新技术
整车轻量化对实现节能减排目标意义重大，无论是传统汽车还是新能源汽车，轻量化都将是汽车行业的发展方向之一。从轻量化角度看，轻量化的思路主要应包括材料、工艺、结构三个维度，汽车厂商可从车身、底盘、动力、内外饰、系统、线束等入手，座椅轻量化是其主要研究方向之一。
目前全球汽车行业每年生产超过1.5亿个座椅，座椅的钢结构虽然可以回收利用，但聚氨酯、尼龙、乙烯基和粘合剂等各种聚合物和材料制成的结构更容易损坏，而且难以拆卸，导致垃圾填埋问题。
针对此，供应商巨头麦格纳国际（以下简称“麦格纳”）近日推出了EcoSphere™产品系列，包括可持续面罩材料、面罩垫、结构件和泡沫件。单一的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）材料结合麦格纳创新的100%熔融可回收泡沫和饰边系统，可防止泡沫垫和饰边在报废时进入垃圾填埋场。此外，在材料回收领域，麦格纳的EcoSphere技术开发了可回收的生物基材料，让人们的出行更加环保。
图片：麦格纳座椅
作为深耕座椅发泡技术多元化的企业，麦格纳掌握了普通双硬度发泡、带复合软层的双硬度发泡、以及双水平硬度（DHH）发泡的材料配方体系和技术，可以提供高回弹泡沫、慢回弹泡沫以及Freefoam等多种产品，满足不同客户的不同需求。
图：三种不同发泡技术示意图
此外，麦格纳在座椅发泡领域开发了通过添加5%~15%蓖麻油单体即可制成的生物基聚醚泡沫产品，物理性能已达到传统发泡产品同等水平。根据相关研究数据显示，该产品的大规模使用每年可减少二氧化碳排放量23t~69t。
除了继续在汽车座椅的环保和发泡技术上下功夫，麦格纳还对座椅的舒适性进行了研究。据悉，麦格纳设计出了符合人体工程学的座椅造型。兼顾舒适性和支撑性的优质泡沫配方。在最能体现舒适性的三项物理性能指标中，麦格纳座椅的回弹率高于60%，滞后损失控制在175~22%，舒适系数超过3.0，这些都已经超出了行业标准水平。
2符合汽车座椅“人体工程学”的聚氨酯发泡工艺
如果要适应连续长途驾驶，就需要对车座提出更高的要求，由于车子不可能一直处于平坦的路面上，经过崎岖路面时会有轻微的震动，过弯时车身也会带着人发生倾斜等现象，都是很正常的。
因此现代汽车座椅在设计时应将静态舒适性和动态舒适性作为重要方面考虑，从人机工程学角度来说，静态舒适性是指汽车座椅与人体的匹配关系是否适合为使用者提供舒适的乘坐条件，而座椅的静态舒适性则与座椅的尺寸参数、表面处理和调节特性等有关，汽车座椅的成分多为高弹性泡沫材料，这种材料具有相对较低的密度，并能防止物质的燃烧。
图片来源：网络/侵权删除
动态舒适性重点关注以下两个方面：第一，在一定的激励条件下，特别是在长途行驶过程中，座椅的减振能力影响座椅舒适性；第二，座椅的减振能力影响驾乘人员保持姿势的能力，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泡沫材料来吸收由底盘传递到车身再到座椅骨架的振动冲击，相较于其他减震材料，聚氨酯泡沫材料不仅可以控制成本，其优异的减震性能还可以在极低的频率下使用。相关统计显示，汽车行业聚氨酯泡沫材料的用量约占其总用量的14%。
图：汽车座椅使用的聚氨酯PU泡沫材料
汽车座椅所采用的发泡材料一般为聚氨酯软泡，其复杂的物理化学生产过程包括发泡反应和凝胶反应回收钢结构，发泡初期，分子链不断增长，以线型分子为主，粘度较低，流动性好，当反应进行到一定阶段，出现凝胶时，大分子开始交联，材料粘度急剧上升，流动性下降，前期链增长速度较快，反应过程中放热较大，发泡剂气化较快，使得粘度较低的材料很快发泡并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。
这种软质聚氨酯泡沫材料由于其本身的耐磨性、较强的拉伸强度和抗撕裂性能而具有更好的使用性，与传统汽车座椅相比，其具有成本更低、使用寿命更长、可塑性更强、与汽车兼容性更高等优势，正逐渐受到越来越多汽车厂商的青睐。
3 聚氨酯泡沫材料能否成为轻量化汽车座椅的标准？
汽车轻量化是未来可持续发展的必然趋势，近年来随着电动汽车的快速发展，进一步推动了汽车轻量化技术产业向绿色化方向的应用。
据统计，在汽车所有主要零部件中，前后排座椅的重量合计占比7%，未来随着汽车座椅功能越来越复杂，这一比例或将不断提升。作为汽车重要的内饰部件，其轻量化设计对减轻整车重量将起到非常重要的作用。
针对此，在减少碳足迹方面，加拿大聚氨酯 (PU) 泡沫制造商 Woodbridge 的科学家开发出一种工艺，将最纯净的生物碳融入该公司的高性能聚氨酯座椅泡沫化学中。这种名为 TrimVisible™ BIO 的新产品可以直接减少座椅泡沫从摇篮到登机的二氧化碳足迹，而不会损害材料特性、性能或舒适度。这项技术最终将有助于减少车辆整个生命周期内的二氧化碳排放。
图片来源：中国复合材料学会/删除侵权
在汽车座椅等内饰件轻量化方面，湖北翔远新材料科技股份有限公司（以下简称“湖北翔远”）作为集研发、生产、销售为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）泡沫、硅胶泡沫材料。其中IXPP是以聚丙烯为主要材料，配以发泡剂等辅助材料，经造粒、挤出、辐照交联发泡而成的泡沫材料。IXPP泡沫具有隔音效果好、防水性突出、耐温性显著、回弹性好、减震缓冲性能优异等特点，广泛应用于包括座椅在内的汽车内饰。
图：IXPP泡棉及其应用场景
值得注意的是，聚氨酯泡沫材料在汽车座椅的应用过程中，会因泡沫内压不足而出现空料；因泡沫呈层状分布，中间有未充分反应的原料；封口不严，造成漏料；原料异常流动，造成制品表面出现大面积凹陷。脱模后，制品表面出现大面积凸起，类似气球状，将表面揭开时发现气泡层与中间分离，中间有微小的气泡坑。
不过从长远来看，聚氨酯泡沫材料虽然存在一定的缺陷，但是其优点更为重要。相信未来随着人们的科技水平的提高，聚氨酯泡沫材料一定能够提高汽车的生产工艺和安全系数。如果再进一步完善的话，到时候聚氨酯泡沫材料或许有机会成为未来汽车座椅的标准配置。
