安全氣囊是汽車的重要防護(hù)裝置，它在碰撞中通過快速充氣彈出氣囊，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，對材料的韌性有著極高的要求。

　　

　　汽車發(fā)生碰撞時，為確保安全氣囊的囊袋在充氣后能順利彈出，需對氣囊罩蓋背面進(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)過程對環(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基材進(jìn)行氟化預(yù)處理，這道工序也會影響生態(tài)環(huán)境，而且成本相對較高。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，對外觀質(zhì)量要求較高，如圖1所示。通常，在開發(fā)安全氣囊組件時，要確保氣囊在85 ℃、23 ℃和-35 ℃下爆破無異常，為此，需要在氣囊罩蓋背面設(shè)計(jì)撕裂線。由于撕裂線會帶來縮痕等表面質(zhì)量問題，為改善外觀質(zhì)量，傳統(tǒng)的方法是對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。

　　

　　首先對這3個牌號的基礎(chǔ)物性、機(jī)械性能進(jìn)行了對比分析。在基礎(chǔ)物性方面，免噴涂TPO的流動性高于噴涂TPO，其他性能相當(dāng)。在兩個免噴涂牌號中，#1樣品的流動性優(yōu)于#2樣品，但邵氏硬度低于#2，其他性能相當(dāng)。免噴涂牌號與噴涂牌號的對比表明，#1樣品的熱老化斷裂伸長率變化率明顯高于其他兩個牌號，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之間無明顯差異，這與不同供應(yīng)商的配方有關(guān)。綜合對比3個牌號的基礎(chǔ)物性和機(jī)械性能，#1樣品的流動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)行測試，即針對#1、#2兩個免噴涂牌號采用紋理樣板，針對#3噴涂牌號采用噴漆后的紋理樣板。結(jié)果表明，3個牌號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，兩個免噴涂牌號在干態(tài)介質(zhì)下的褪色略差于噴涂牌號，其他狀態(tài)幾本相當(dāng)。綜合對比，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（以下簡稱噴涂模具）相比，成型免噴涂安全氣囊罩蓋的模具（以下簡稱免噴涂模具）通常需要剛度更高的模具鋼，且對加工精度、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試，測試條件為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，噴涂安全氣囊總成的氣味強(qiáng)度為2.9級，免噴涂安全氣囊總成的氣味性優(yōu)于噴涂安全氣囊。VOC測試結(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比

　　

　　目前市場上主流的免噴涂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)勢明顯，而且還簡化了加工工序、節(jié)省了工時，降低了成本。開發(fā)免噴涂安全氣囊罩蓋時，需要在設(shè)計(jì)開發(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，相信未來幾年在汽車上會有廣闊的應(yīng)用前景。