安全氣囊是汽車的重要防護(hù)裝置，它在碰撞中通過(guò)快速充氣彈出氣囊，以在乘員與部件之間形成緩沖保護(hù)屏障，減輕乘員承受的二次碰撞力，達(dá)到保護(hù)乘員的目的。安全氣囊一般分布在轉(zhuǎn)向盤、乘客側(cè)儀表位置、立柱與頂棚搭接位置以及座椅側(cè)翼，對(duì)材料的韌性有著極高的要求。

　　

　　汽車發(fā)生碰撞時(shí)，為確保安全氣囊的囊袋在充氣后能順利彈出，需對(duì)氣囊罩蓋背面進(jìn)行局部弱化并設(shè)計(jì)撕裂線。傳統(tǒng)的安全氣囊罩蓋在注射成型后易在撕裂線周圍形成縮痕，且光澤度不均勻，影響制品外觀，為此，需對(duì)其表面進(jìn)行噴漆處理。目前使用的油漆大多為溶劑型油漆，生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境極不環(huán)保，且不利于總成的環(huán)境友好性達(dá)標(biāo)。因此，市場(chǎng)上應(yīng)運(yùn)而生了一系列的環(huán)保材料，如水性油漆、免噴涂材料等。但使用水性油漆首先需要對(duì)基材進(jìn)行氟化預(yù)處理，這道工序也會(huì)影響生態(tài)環(huán)境，而且成本相對(duì)較高。相比之下，免噴涂材料成為一種更有利的替代方案。

　　

　　免噴涂熱塑性彈性體簡(jiǎn)介

　　

　　熱塑性彈性體（TPE）主要分為TPO、TPU和TPEE等，其化學(xué)鍵由不同的樹脂段和橡膠段構(gòu)成，性能介于橡膠與樹脂之間。它既具備傳統(tǒng)交聯(lián)硫化橡膠的高性能、耐老化等優(yōu)異特性，又具備普通塑料的加工方便、加工方式多的優(yōu)點(diǎn)。目前用于制造安全氣囊罩蓋的主要是TPO熱塑性彈性體。

　　

　　用于安全氣囊罩蓋的免噴涂TPO和噴涂TPO的成分基本相同，但配方有所差異。通常，免噴涂TPO的流動(dòng)性及其與色母的結(jié)合性要優(yōu)于噴涂TPO，但制成品在耐磨性和外觀方面會(huì)有所欠缺。

　　

　　下面以轉(zhuǎn)向盤安全氣囊罩蓋為例，介紹免噴涂材料在安全氣囊罩蓋上的應(yīng)用。

　　

　　轉(zhuǎn)向盤安全氣囊罩蓋的基本要求

　　

　　轉(zhuǎn)向盤安全氣囊罩蓋處于主駕駛位置，屬內(nèi)飾外觀件，對(duì)外觀質(zhì)量要求較高，如圖1所示。通常，在開(kāi)發(fā)安全氣囊組件時(shí)，要確保氣囊在85 ℃、23 ℃和-35 ℃下爆破無(wú)異常，為此，需要在氣囊罩蓋背面設(shè)計(jì)撕裂線。由于撕裂線會(huì)帶來(lái)縮痕等表面質(zhì)量問(wèn)題，為改善外觀質(zhì)量，傳統(tǒng)的方法是對(duì)成型后的安全氣囊罩蓋噴涂溶劑型油漆。此外，為了與儀表板等環(huán)境件相匹配，轉(zhuǎn)向盤安全氣囊罩蓋還必須滿足低光澤度要求。因此，為開(kāi)發(fā)免噴涂轉(zhuǎn)向盤安全氣囊罩蓋，需要在材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)上進(jìn)行特殊考慮，以確保滿足部件的功能性和外觀性要求。

　　

　　

　　

　　圖1 轉(zhuǎn)向盤安全氣囊罩蓋

　　

　　轉(zhuǎn)向盤安全氣囊罩蓋免噴涂材料選擇

　　

　　根據(jù)轉(zhuǎn)向盤安全氣囊罩蓋的應(yīng)用要求，選擇了供應(yīng)商A的#1免噴涂TPO、供應(yīng)商B的#2免噴涂TPO和供應(yīng)商B的#3噴涂TPO。

　　

　　首先對(duì)這3個(gè)牌號(hào)的基礎(chǔ)物性、機(jī)械性能進(jìn)行了對(duì)比分析。在基礎(chǔ)物性方面，免噴涂TPO的流動(dòng)性高于噴涂TPO，其他性能相當(dāng)。在兩個(gè)免噴涂牌號(hào)中，#1樣品的流動(dòng)性優(yōu)于#2樣品，但邵氏硬度低于#2，其他性能相當(dāng)。免噴涂牌號(hào)與噴涂牌號(hào)的對(duì)比表明，#1樣品的熱老化斷裂伸長(zhǎng)率變化率明顯高于其他兩個(gè)牌號(hào)，其他性能相當(dāng)。機(jī)械性能方面，#1樣品的剛度略低，韌性略好。機(jī)械性能方面，免噴涂TPO與噴涂TPO之間無(wú)明顯差異，這與不同供應(yīng)商的配方有關(guān)。綜合對(duì)比3個(gè)牌號(hào)的基礎(chǔ)物性和機(jī)械性能，#1樣品的流動(dòng)性和韌性最適用于制作免噴涂安全氣囊罩蓋。

　　

　　在外觀性能對(duì)比中，考慮到TPO材料本身較軟，采用了與部件實(shí)際狀態(tài)一致的樣板進(jìn)行測(cè)試，即針對(duì)#1、#2兩個(gè)免噴涂牌號(hào)采用紋理樣板，針對(duì)#3噴涂牌號(hào)采用噴漆后的紋理樣板。結(jié)果表明，3個(gè)牌號(hào)均滿足了耐汗色牢度、光老化性標(biāo)準(zhǔn)要求，但在耐摩擦色牢度、耐刮擦性方面，兩個(gè)免噴涂牌號(hào)在干態(tài)介質(zhì)下的褪色略差于噴涂牌號(hào)，其他狀態(tài)幾本相當(dāng)。綜合對(duì)比，免噴涂材料的耐磨性略遜于噴涂材料。

　　

　　免噴涂轉(zhuǎn)向盤安全氣囊罩蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是開(kāi)發(fā)免噴涂安全氣囊罩蓋的重要環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)涉及紋理、撕裂線、加強(qiáng)筋和鉸鏈等。與傳統(tǒng)的噴涂安全氣囊罩蓋相比，免噴涂安全氣囊罩蓋的紋理深度需更深，一般為80～100 μm，因?yàn)榱Ⅲw感較強(qiáng)的紋理方案更有利于改善部件成型后的外觀質(zhì)量；撕裂線最好帶有緩坡過(guò)渡，避免尖角設(shè)計(jì)，要設(shè)R角，R角為0.5±0.2 mm；加強(qiáng)筋和鉸鏈的厚度要盡量接近部件大多數(shù)部位的厚度，不易太厚，筋條高度也不宜太深，以避免縮痕。另外，建議在部件A面設(shè)有一定的弧度，以確保更好的成型工藝性。

　　

　　免噴涂轉(zhuǎn)向盤安全氣囊罩蓋的模具設(shè)計(jì)

　　

　　模具設(shè)計(jì)也是開(kāi)發(fā)免噴涂安全氣囊罩蓋的重要環(huán)節(jié)。與成型噴涂安全氣囊罩蓋的模具（以下簡(jiǎn)稱噴涂模具）相比，成型免噴涂安全氣囊罩蓋的模具（以下簡(jiǎn)稱免噴涂模具）通常需要?jiǎng)偠雀叩哪＞咪?，且?duì)加工精度、表面處理等有著更高的要求，模具的整體質(zhì)量更高。免噴涂模具的排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)要比噴涂模具的更精密，水路分布也比噴涂模具的更密集，每副模具有3組或更多的水路。根據(jù)模流分析，免噴涂模具的澆口為可控的針閥式澆口，大多設(shè)置在6點(diǎn)鐘和12點(diǎn)鐘的方向，具體的澆口位置和數(shù)量最終取決于部件的結(jié)構(gòu)。由于免噴涂安全氣囊罩蓋需要與環(huán)境件相匹配，要求光澤度低，但TPO材料本身難以實(shí)現(xiàn)低光澤度，因此需要對(duì)模腔表面進(jìn)行噴砂處理。

　　

　　除模具外，注射成型免噴涂安全氣囊罩蓋對(duì)注射機(jī)的控制精度和穩(wěn)定性也提出了較高的要求。此外，還需配備模溫機(jī)，以確保模溫的精確性和穩(wěn)定性，這對(duì)于提高部件的外觀質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的大批量生產(chǎn)至關(guān)重要。

　　

　　免噴涂轉(zhuǎn)向盤安全氣囊罩蓋的性能驗(yàn)證

　　

　　為驗(yàn)證免噴涂轉(zhuǎn)向盤安全氣囊罩蓋的外觀和關(guān)鍵功能性能，采用#1 TPO材料在現(xiàn)有的免噴涂模具上成型，并與采用#3 TPO材料在普通模具上成型的試制品對(duì)比。結(jié)果表明，#1免噴涂部件的外觀可接受，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　

　　轉(zhuǎn)向盤安全氣囊罩蓋的關(guān)鍵功能性驗(yàn)證包括-35℃的箱外靜態(tài)爆破試驗(yàn)和鳴音按壓力試驗(yàn)。靜態(tài)爆破試驗(yàn)結(jié)果表明，免噴涂安全氣囊罩蓋和噴涂安全氣囊罩蓋均無(wú)傷害乘員安全的破裂變形、周圍功能件失效或囊袋破裂，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。鳴音按壓力試驗(yàn)結(jié)果表明，免噴涂安全氣囊罩蓋和噴涂安全氣囊罩蓋鳴音按壓力分別為37.6 N和38.7 N，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　

　　總成的氣味性驗(yàn)證和VOC驗(yàn)證采用的是袋子法測(cè)試，測(cè)試條件為200 L袋子、65 ℃/2 h，結(jié)果表明，免噴涂安全氣囊總成的氣味強(qiáng)度為2.7級(jí)，噴涂安全氣囊總成的氣味強(qiáng)度為2.9級(jí)，免噴涂安全氣囊總成的氣味性優(yōu)于噴涂安全氣囊。VOC測(cè)試結(jié)果則顯示，免噴涂安全氣囊總成的甲醛、乙苯和二甲苯的揮發(fā)量均低于噴涂安全氣囊總成，其他物質(zhì)揮發(fā)量相當(dāng)，如圖2所示。

　　

　　

　　

　　圖2 免噴涂安全氣囊總成和噴涂安全氣囊總成的VOC測(cè)試結(jié)果

　　

　　免噴涂安全氣囊罩蓋與噴涂安全氣囊罩蓋的成本對(duì)比

　　

　　目前市場(chǎng)上主流的免噴涂TPO材料的價(jià)格約為33～36 元/kg，噴涂TPO材料的價(jià)格約為25～28元/kg，噴漆成本約為100～150元/m2。雖然免噴涂材料的單價(jià)高于噴涂材料，但綜合噴漆工序帶來(lái)的成本后，免噴涂的安全氣囊罩蓋可使單車成本下降約2～5元。

　　

　　結(jié)論

　　

　　綜上所述，免噴涂轉(zhuǎn)向盤安全氣囊罩蓋不僅環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)明顯，而且還簡(jiǎn)化了加工工序、節(jié)省了工時(shí)，降低了成本。開(kāi)發(fā)免噴涂安全氣囊罩蓋時(shí)，需要在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的前端充分考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)等方面的問(wèn)題，以保證制品的良品率。免噴涂安全氣囊罩蓋符合汽車產(chǎn)業(yè)鏈的低碳理念、零件的綠色設(shè)計(jì)和降成本需求，相信未來(lái)幾年在汽車上會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。