技术|汽车顶棚用聚醚与聚酯海绵的对比分析

　摘要：为了明确汽车顶棚复合面料中聚酯与聚醚海绵的选用原则，该文通过对聚酯与聚醚海绵的物理性能、挥发性、耐水解性、火焰复合工艺及成本的分析比较，总结出聚酯海绵在物理性能和复合工艺方面较聚醚海绵具有显著优势，聚醚海绵在耐水解性、挥发性及原材料成本上较聚酯海绵更具优势。为海绵材料厂正在开发的综合了聚酯与聚醚2 种海绵性能优势的半酯半醚海绵提供了理论依据，对于今后半酯半醚海绵的发展和应用具有指导作用。

关键词：汽车顶棚；聚酯/聚醚海绵；复合面料

汽车顶棚总成是由基材和面料层组合而成的顶部装饰物，是汽车内饰的主要组成部分，具有隔热和提高舒适性的作用。顶棚面料层应用最多的为复合面料，主要由针织面料+ 聚酯/聚醚海绵组成。由于聚酯海绵具有优异的拉伸性能，适合于不同型面的顶棚，因此，目前各顶棚面料厂使用的背覆海绵大多为聚酯海绵，只有少数厂家使用聚醚海绵。文章就聚酯海绵与聚醚海绵的性能进行了对比分析，重点论述了聚酯与聚醚海绵性能的优缺点，对于汽车顶棚用海绵的发展具有指导作用。

1 聚氨酯概述

聚氨酯是人工合成高分子材料（PU 或PUR），广泛地应用于塑料、橡胶、涂料、油漆、人造革、泡沫材料、胶粘剂及纤维等领域。聚氨酯通常是由异氰酸酯与多元醇反应形成海绵交联结构，与水反应产生气体发泡。一般分聚醚多元醇和聚酯多元醇两大类。聚酯多元醇制品具有优异的力学性能和耐化学腐蚀等特性。聚醚多元醇制备的聚氨酯材料，具有低温柔顺性好，耐水性能优良，手感好，加工性能优良的特点。

2 汽车顶棚用海绵

汽车顶棚的护面材料主要起装饰性作用。目前各主机厂应用的护面材料主要为针织复合面料，针织复合面料表层为机织物，中层为聚氨酯海绵，两者通过火焰复合工艺制成，起装饰车顶作用[1]。

海绵因其多孔状的蜂窝结构，具有优良的柔软性、弹性、吸水性及耐水性，主要应用于汽车顶棚、遮阳板、座椅及门板等零件的包覆层，目前，汽车顶棚用海绵分为聚酯型海绵和聚醚型海绵两大类。

1）聚酯海绵由聚酯多元醇、异氰酸酯、催化剂、水及泡沫稳定剂等原材料合成，其中聚酯多元醇主要是由二元羧酸和二元以上醇类化合物进行缩聚反应生成的。通常，聚酯海绵与织物复合粘结力强，具有良好的力学性能，耐高温、拉伸性强，而且海绵泡孔均匀规则且豆孔少，但耐水解性能较差，挥发性有机化合物（VOC）挥发高，其制品的手感不如聚醚型海绵柔软。

2）聚醚海绵由聚醚多元醇、异氰酸酯、催化剂、水及泡沫稳定剂等原材料合成[2]。聚醚多元醇是在分子主链接构上含有醚键、端基带有羟基的醇类聚合物。因其结构中的醚键内聚能较低，并易于旋转，故聚醚海绵低温柔顺性能好，耐水解性能优良，手感好，成型性能优良，透气性好，但剥离强度与断裂强度较差。聚酯海绵和聚醚海绵电镜图，如图1 所示。

3 汽车顶棚用海绵生产工艺

目前，顶棚用海绵的生产大多数采用连续性发泡法，即将各种原料在高速搅拌下，迅速喷涂于放置在传送带的牛皮纸上，在箱式发泡设备的传送带上完成发泡、交联及固化等反应，从而完成海绵生产。聚醚海绵与聚酯海绵工艺流程相同，具体流程如下：原材料混合调温→浇注→发泡→熟化→环切→接头→切割→包装。浇注与环切现场图，如图2 和图3 所示。

4 物理性能对比

聚酯海绵力学性能较好，因为聚酯海绵含共价键键能极强的酯基，这种酯基不仅在硬段上能够形成氢键，而且软段上的极性基团也能部分地与硬段上的极性基团形成氢键，起到弹性交联点的作用。以顶棚用体积质量为35 kg/m3 的海绵为例，对聚醚与聚酯海绵物理性能进行对比，如表1 所示。

5 挥发性能对比

5.1 气味性能比较

聚酯海绵与聚醚海绵气味浓度相差不大，因为影响海绵气味的主要为催化剂，而大多数胺催化剂是叔胺类，不参与反应。胺催化剂除部分在生产过程中挥发外，其它残留在泡沫中，是气味的主要来源。

5.2 VOC 性能比较

将同样规格的聚酯与聚醚海绵（50 cm×50 cm）进行材料级的挥发性试验，试验数据，如表2 所示。数据显示聚醚海绵除苯乙烯和苯挥发略高于聚酯海绵外，聚醚海绵其他6 种成分的挥发性能均明显优于聚酯海绵。

6 耐水解性比较

聚醚海绵高温下的耐水解性要比聚酯海绵好，这是因为聚酯易受水分子的侵袭而发生断裂，且水解生成的酸又能进一步催化聚酯的水解。

7 火焰复合工艺比较

以4.0 mm 厚度的聚酯海绵为例，一般火焰复合熔损的厚度为0.4～0.6 mm，而聚醚海绵在火焰复合时，如果想要达到与聚酯海绵相同的剥离强度，一般熔损的海绵厚度至少要多0.2 mm。不同体积质量的聚酯海绵适用于所有的复合工艺，聚醚海绵只有在海绵生产过程中添加了火贴剂后才可用火焰复合工艺粘合。

8 成本比较

聚酯海绵的价格比聚醚海绵贵，主要是由原材料的价格和生产工艺所决定的。对于目前的应用厚度为4.0 mm，体积质量为35 g/m3 的顶棚海绵，聚酯海绵价格为9.20 元/m2，聚醚海绵价格为8.30 元/m2，以某车型顶棚为例，使用聚醚海绵较聚酯海绵可节省3.8 元。

9 结论

文章通过对聚酯海绵与聚醚海绵的各项指标分析可知，聚酯海绵由于其优异的物理、化学性能及良好的复合工艺，目前，仍然是顶棚复合面料中普遍使用的材料，但由于聚酯海绵耐水解差、有机物挥发高及原材料成本高等因素，越来越多的海绵材料厂正在开发半酯半醚海绵，它结合了聚酯与聚醚2 种海绵的性能优势，文章对半酯半醚海绵的研发及应用提供了理论依据。

来源：期刊—汽车工程师

作者：薛振荣、张拓