发泡技术在汽车线束中的应用现状和展望

聚氧酯（Polyurethane）最早是由德国化学家奥托拜耳及其同事于1936年在研究异氰酸酯的加成聚合反应过程中首先合成， 二十世纪三次大的技术突破促进了聚氨酯工业化生产的飞速发展。聚氨酯产品可以广泛应用与轻工、石化、机电、汽车、能源、军工建筑等各个领域。

通常所指的RIM聚氨酯主要有RIM、RRIM(Reinforced Reaction Injection Molding)、SRIM、MC-RIM、GRIM、RIRIM（Rotary Injection RIM）。

其中RIM是指普通无增强材料的工艺过程；RRIM主要是指相对短的纤维或其他增强材料混于反应料之后与另一组分反应制备的材料或工艺过程；SRIM是指将连续长纤维预先置于型腔中，然后将反应料液注入型腔穿过纤维垫后反应的材料或工艺过程，这种工艺在戴姆勒、福特和通用等汽车巨头中得到了大力开发和推广；MC-RIM是指多组分反应注射成型， 也叫做“ 多级注射RIM”,即表皮及中心部分的材料先后被注射进入型腔；GRIM是指薄壁且中空的零件， 这种工艺可以节省40%左右的原材料；RIRM叫做旋转反应注射成型， 该技术的特点是对物料的粘度没有限制， 有两种注射方式：一种是以小孔为注射口的旋转注射混合方式， 另一种是以缝隙为注射口的旋转平面射流混合方式。

1.比较容易实现准确的计量，具有良好的混合和工艺可控性， 配方所用原材料均为低粘度液体， 设备的循环压力相对较低。

2. 成型工艺简单， 生产效率高， 原材料在瞬间均匀碰撞混合，单件产品的生产工时比较短。相比传统聚氨酯的生产， 优势明显。

3.消耗的能源相应较少，液态的原料体系只需较低的加热温度，无须重新利用高温烘烤或融化原料。体系在反应和固化时是放热的，模具工作温度较低，对电等输入能量的要求低，无须对原料进行二次高温加热，生产不属于能源密集型。

4. 由于在反应过程中的模腔压力比较低， 压力仅有无须高压锁模系统， 可以节省设备的锁模系统能耗， 设备的结构也变得简单。较低的模腔压力也使得模具材料的选择变得容易， 通常铝、环氧树脂等材料即可胜任， 可获得较低的模具成本。

5. RIM工艺可以适应外形比较复杂的零件， 零件的设计自由度高， 较低的模腔内压可以获得的好处之一是模具可以设计成立体的分型结构， 从而可以应付更复杂的产品结构。此外， 立体分型结构的特点可以很容易地进行嵌件结构的模具设计。可以通过在液体原料中加入特定的增强材料生产结构增强型反应注塑模(SRIM-Structural Reaction Injection Molding)。

6. 制品机械性能范围宽， 配方可调范围大， 原料选择自由度大。除了常见的聚氨酯、聚脲外， 还可以适用于环氧树脂、尼龙、双环戊二烯、聚酯等材料的加工成型。

7. 通过应用模内涂装(In mold Coating)技术，一次性完成表面处理工序， 无需另外的喷漆处理， 从而简化了加工工艺， 降低了制造成本。

最近几年中国汽车工业得到了迅速发展， 作为高分子材料之一的聚氨酯在汽车零部件中的应用也越来越广泛。

图 | 传统线束

在汽车线束产品中线束导槽主要作用是使线束在汽车狭小且不规则的隐蔽空间内得到安全保护并且与车身固定。在环境温度要求相对较低的位置， 如乘员舱区域， 使用等高分子塑料作为线束导槽的材料。在有高温及振动等较恶劣环境， 如发动机舱等区域， 选择耐温等级比较高的材料， 如以玻璃纤维增强的尼龙。

传统的发动机线束都是由波纹管保护电线的， 由这种设计完成的线束具有成本低、制造简单灵活的特点。但是成品线的抗腐蚀和抗污能力较差， 尤其是粉尘、油污等很容易渗透到线束里面。

利用聚氨酯发泡成型完成的线束具有很好的导向性，安装方便。工人只需要在拿到线束之后按照成型的方向和路径就可以一步到位，进行安装而且不容易出错。由聚氨酯制成的线束具有优于普通线束的许多特点，比如具有抗油污， 粉尘能力强，并且线束安装后没有噪声，可以根据车身空间做自由的三维造型制成各种不规则的形状等特点。

图 | 聚氨酯橡胶注射成型线束

但是由于这种材料制成的线束需要在前期有很大的固定设备投资，因此很多线束厂商都没有采用这种方法，只有少数高档轿车比如奔驰、奥迪的发动机线束使用。但是在订单量大且比较稳定的情况下，如果要计算平均成本和质量稳定性，那么还是这种线束具有较好的竞争优势。

RIM聚氨酯材料及工艺相对于传统的注塑工艺具有能耗低、重量轻、工艺简单、模具及制造成本低等优势，现代汽车设计为满足更高的舒适性要求，功能越来越复杂，在有限的空间内必须容纳更多的零件，因此留给线束的空间更加狭小且不规则，传统的注塑模具在这方面受到的制约越来越明显，而聚氨酯的模具设计则显得更加灵活。

增强反应注射成型(RRIM)是一种新型的反应注射成型技术，通过在预热的模具中放入玻璃纤维等纤维状填料， 制备机械性能更好的产品。

利用已有的聚氨酯设备及材料，开展聚氨酯工艺的研究工作，可以优化材料的制造工艺，提高材料的使用性能。未来应该更深入地引进工艺至汽车线束导槽的制造。最终使企业实现降低成本、提高市场竞争力的目标。