CN103627934B - 一种汽车坐椅的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种汽车坐椅的制备方法，其特征在于采用了申请人自发研制的铝合金坐椅框架和聚氨酯泡沫坐垫。具体是，所述铝合金具有如下的组成：以重量百份比计(wt.％)，Mg4.0-4.5，Si0.6-0.8，Cu0.6-1.0，Mn0.05-0.1，Cr0.05-0.1，Zr0.05-0.1，Zn0.05-0.1，Sn0.1-0.2，Sr0.01-0.05。所述聚氨酯泡沫是使多元醇组合物与聚异氰酸酯在催化剂、发泡剂、匀泡剂、阻燃剂存在的条件下，反应得到的软质聚氨酯泡沫材料。将所述铝合金经过机加工成型为坐椅框架，将聚氨酯泡沫材料经过切割后作为坐垫的弹性层，并在其表面分别包覆无纺布层和皮革层，各层之间通过粘结剂粘合而成坐垫，将坐椅框架和坐垫组成为汽车坐椅。
Description
技术领域
本发明涉及汽车配件的技术领域，特别是提供一种质量轻、性能优越的汽车坐椅及其制备方法。
背景技术
随着汽车工业水平地不断发展和人们对于汽车品质提高的不断追求，对于汽车配件材料的要求也日益提高。而对于汽车坐椅而言，出于车辆驾驶经济性以及驾驶人员和坐乘人员安全、舒适等多方面的考虑，对于作为坐垫的高分子弹性材料和作为坐椅骨架和框架的合金材料，都提出了多方面的要求。
众所周知，软质聚氨酯泡沫材料是使用多异氰酸酯和高分子量的、能与异氰酸酯反应的化合物在发泡剂的存在下起反应得到的。而软质聚氨酯泡沫材料因其优异的缓冲性能而被广泛应用于汽车坐垫的生产制备中。然而为了聚氨酯泡沫材料存在着密度、耐久性、振动性能等一系列互相间难以协调的矛盾。
同样的，作为坐椅框架使用的5000系(Al-Mg)铝合金和的6000系(Al-Mg-Si)镁合金也是各有优劣。5000系(Al-Mg)铝合金具有非常优异的成形性能，但在压制成形的过程中容易产生拉伸应变痕而影响部件表面的美观性，同时还会在烤漆过程中出现明显的烤漆软化现象，从而导致强度难以满足使用的要求。而6000系(Al-Mg-Si)镁合金虽然在压制的过程中几乎不会出现拉伸应变纹，并且能够通过灵活的烤漆热处理工艺以提高屈服强度，然而相比于5000系(Al-Mg)铝合金，其成形性能则逊色很多。
可见通过改善坐椅各部件的性能，从而获得质量更轻，性能更优越的坐椅能够获得汽车整体性能更多的提升空间。
发明内容
本发明的目的即在于提供一种质量轻、性能优越的汽车坐椅及其制备方法。所述汽车坐椅采用申请人自行研发的铝合金坐椅框架和聚氨酯泡沫坐垫，其采用申请人自行研发的铝合金坐椅框架和聚氨酯泡沫坐垫，具体是将铝合金经过机加工成型为坐椅框架，将聚氨酯泡沫材料经过切割后作为坐垫的弹性层，并在其表面分别包覆无纺布层和皮革层，各层之间通过粘结剂粘合而成坐垫，将坐椅框架和坐垫组成为汽车坐椅，其特征在于：
所述铝合金具有如下的组成：以重量百份比计(wt.％)，Mg4.0-4.5，Si0.6-0.8，Cu0.6-1.0，Mn0.05-0.1，Cr0.05-0.1，Zr0.05-0.1，Zn0.05-0.1，Sn0.1-0.2，Sr0.01-0.05；
所述聚氨酯泡沫是使多元醇组合物与聚异氰酸酯在催化剂、发泡剂、匀泡剂、阻燃剂存在的条件下，反应得到的软质聚氨酯泡沫材料所述聚氨酯泡沫材料是使多元醇组合物与聚异氰酸酯在催化剂、发泡剂、匀泡剂、阻燃剂存在的条件下，反应得到的软质聚氨酯泡沫材料。
所述铝合金通过下述方法制备得到，首先按照所述铝合金的组成配制原料，将原料熔融后通过半连续铸造的方法得到铝合金板坯；将铝合金板坯在520-550℃的条件下实施均质化处理，处理时间3-4h；随后对铝合金实施热粗轧，粗轧开始温度为520-550℃，终轧温度为450-480℃，压下率为90％以上；随后对铝合金实施热精轧，热精轧的温度为400-430℃，压下率为70-80％，应变速率15-20/s；随后经过冷轧将铝合金压制到所需的厚度；随后将铝合金加热到480-530℃实施固溶处理30-60s，以20-30℃/s的冷却速度降温至280-320℃后，以150-200℃/s的速度急冷至室温，自然时效24-30h；随后再次将铝合金加热至50-70℃保温30-36h，得到本发明既具有优异的成形性能，又满足烤漆热处理硬化需要的新型汽车部件用高性能铝合金。将所述铝合金经过机加工成型为最终的汽车框架。
所述的多元醇组合物由(A)聚乙二醇-聚酯嵌段共聚物、(B)环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物、(C)聚乙二醇组成，并且以100重量份多元醇组合物计，(A)聚乙二醇-聚酯嵌段共聚物为40-50份，(B)环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物为40-50份，(C)聚乙二醇为5-10份；
所述的(A)聚乙二醇-聚酯嵌段共聚物中，平均官能团数为3-4，羟基值为40-50mgKOH/g，聚酯嵌段的重量含量为25-35％；
所述的(B)环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物中，平均官能团数为2-3，羟基值为100-200mgKOH/g，环氧乙烷的重量含量为30-40％；
所述的(C)聚乙二醇中，平均官能团数为3-4，羟基值为400-500mgKOH/g；
所述的聚异氰酸酯由甲苯二异氰酸酯(D)和二苯基甲烷二异氰酸酯(E)混合而成，其中甲苯二异氰酸酯的重量含量为30-50％，NCO基与活性氢基当量比为0.8-1.0，并且以100重量份多元醇组合物计，聚异氰酸酯化合物为100-120份；
所述的催化剂为辛酸亚锡，并且以100重量份多元醇组合物计，辛酸亚锡为0.5-1.5份；
所述的发泡剂为水，并且以100重量份多元醇组合物计，水为4-6份；
所述的匀泡剂为聚硅氧烷表面活性剂，并且以100重量份多元醇组合物计，聚硅氧烷表面活性剂为0.5-1份；
所述的阻燃剂为缩合磷酸酯(F)和三聚氰胺树脂(G)的混合物，其中二者的比例为2:3，并且以100重量份多元醇组合物计，阻燃剂为10-15份。。
本发明的优点即在于，采用了低密度、同时兼具优异的振动特性和透气性能且使用安全的新型聚氨酯泡沫材料，以及既具有优异的成形性能，又满足烤漆热处理硬化需要的高性能铝合金，制造了质量轻，性能优异的汽车坐椅。
具体实施方式
下面通过具体实施例来详细说明本发明的内容。
一、铝合金材料的制备
按照表1所述的铝合金成分配比，配制原材料，将原料熔融后通过半连续铸造的方法得到铝合金板坯；将铝合金板坯在520℃的条件下实施均质化处理，处理时间3h；随后对铝合金实施热粗轧，粗轧开始温度为520℃，终轧温度为450℃，压下率为90％；随后对铝合金实施热精轧，热精轧的温度为400℃，压下率为70％，应变速率15/s；随后经过冷轧将铝合金压制到所需的厚度；随后将铝合金加热到480℃实施固溶处理30s，以20℃/s的冷却速度降温至280℃后，以150℃/s的速度急冷至室温，自然时效24；随后再次将铝合金加热至50℃保温30h，得到本发明铝合金。
表1
表1中，TS为拉伸强度，单位MPa；YS-1为未经烤漆处理的屈服强度，单位MPa；YS-2为经170℃、30min烤漆处理后的屈服强度，单位MPa；LDR为极限拉伸比；SS为成形后的表面品质评价，○为无明显拉伸应变纹，×为有明显拉伸应变纹。
由表1的结果可以看出，Mg作为主要的合金元素，对于铝合金体系的强度和成形性具有重要影响，Mg合金元素的含量过低，则难以实现晶粒细化，以及强化相强化的效果，从而无法满足体系对于强度和成形性的要求，但如果Mg的含量过高，则容易在成形时发生晶界破坏而导致脆性断裂，发明明显的成形性恶化。同时Mg含量过高对于成形后铝合金的表面品质也有不利的影响。本发明中优选Mg的含量为4.0-4.5，进一步优选为4.2。
Si合金元素对于形成金属间化合物强化相具有重要意义，为了形成足够的强化相以满足强度的需要，Si的含量不能过低，至少应达到0.6。但过多的Si添加量可能导致强化相过量的析出，从而使得成形过程容易发生脆性断裂而影响成型性能，因此应控制其含量小于0.8。优选的，本发明中的Si为0.7。
Cu合金元素与Mg和Si一样对于析出强化相具有决定因素，为了获得优异的强度和成型性能，Cu的含量应保证在0.6以上，但过多的Cu含量不但会导致析出相的过量从而使得成形性变差，还会严重恶化体系的耐晶间腐蚀性能，因此应控制其含量小于1.0。优选的，本发明中的Cu为0.8。
同时，考虑到抗拉强度提高饱和性以及避免屈服强度过高的考虑，优选Mg+Cu+Si≤6.0。
Mn、Cr、Zr、Zn作为微量的合金元素，其主要起到了晶粒细化，适量的添加对于体系的强度和成形性能具有有益效果，为保证发挥其效用，各成分的添加量至少达到Mn0.05、Cr0.05、Zr0.05、Zn0.05，但其添加也不应过量，否则反而会生成粗大晶粒而严重恶化成形性，并降低体系的耐腐蚀性能，具体应控制其含量不超过Mn0.1、Cr0.1、Zr0.1、Zn0.1。并且Mn、Cr、Zr的复合强化较为有效，优选其含量为Mn0.07、Cr0.06、Zr0.06。
Sn合金元素在体系中能够起到改善表面品质的作用，为发挥其功效，Sn的添加量至少应达到0.1。但过多的Sn添加量可能导致体系的其他性能下降，特别是铝合金的耐腐蚀性能，因此优选在0.2以下，进一步优选为0.15。
Sr合金元素的主要作用在于能够起到抑制晶粒长大，特别是在固溶处理过程中的晶粒粗大的发生，为发挥上述功效，Sr的添加量至少应为0.01，但过多的添加会使得体系的机械性能恶化，因此应控制其添加量小于0.05，进一步优选为0.03。
为进一步考察后续热处理工艺对于铝合金性能的影响，采用了实施例2(比较例与实施例2的化学成分相同)的化学成分和处理参数作为比照对象，改变了热处理参数并测试了性能结果，具体参见表2。
表2
为了获得充分的均质化效果，均热处理的温度应当至少为520℃，但也不应过高，以免发生合金的局部熔化。同时，为了避免Mn、Cr等合金元素析出物的粗大化，应当避免过程时间的加热处理或者反复加热，本发明中控制均热温度为520-550℃，处理时间为3-4h。
热粗轧的开始温度优选与均质化处理温度一致，如果热粗轧的温度低于520℃，在轧制的过程中不能充分的再结晶，有组织粗大化的倾向，而粗轧的开始温度过高，则容易引起局部熔化、表面氧化等一系列问题，从而影响表面品质和成形性。
热粗轧的终了温度优选450-480℃，终轧温度过低，会使得热精轧后再结晶不充分，而终轧温度过高则会使得随后热精轧的晶粒有粗大化倾向。
热精轧的加工温度优选为400-430℃，热精轧的温度过低，会使得精轧后再结晶不能充分进行，合金的延展性和加工性能不足，而热精轧的温度过高，则难以有效控制晶粒度的均匀以保证体系的性能。同时，过低的应变速率，也会导致晶粒度的不均匀，应当控制应变速率在15-20/s。
固溶处理温度应当保证在480℃，因为过低的温度不能使得Mg、Cu、Si等析出强化元素获得充分的固溶，从而难以获得足够的成形性和烤漆硬化性，但也不应超过530℃，否则有局部熔化、表面氧化等风险。而为了获得足够的固溶效果，固溶时间应当至少在30s以上，但也不宜过长以影响生产的效率。
一段冷却的缓冷主要在于此时强化相的析出并不显著，因此缓冷并不会导致屈服强度的明显升高，从而不会恶化体系的成形性能，优选控制其冷速在20-30℃/s，进一步降低冷却速度则有可能在晶界发生析出硬化，从而影响随后的成形性和烤漆硬化性。
二段冷却的急冷能够有效地抑制析出硬化的发生，从而能够有效抑制屈服强度的增大，达到提高成形性能的目的。为了实现上述目的，冷却速度至少应达到150℃/s，但应不要过高，否则有发生淬火应变的风险。
再次将铝合金加热至50-70℃保温，能够促使溶质原子的充分扩散，以形成低温强化相，从而达到改善成形性、提高强度的目的。但过高的时效温度则可能导致高温相的析出，从而恶化体系的成形性。
二、聚氨酯泡沫材料的制备
按照表3所述的发泡原液成分配比，配料准备原料，然后按照多元醇组合物、催化剂、匀泡剂、水、阻燃剂、聚异氰酸酯的加料顺序，将各原料逐步添加到混合容器中，边加料，边搅拌均匀，将混合均匀的发泡原液的温度维持在30℃；将发泡模具的温度预热至50℃，随后在大气压下将混合均匀的发泡原液注入发泡模具的型腔中，注入完成后随即开始发泡、硬化，并且在发泡90s后实施即时释压，使型腔内的压力降低0.1MPa；发泡结束后，将得到的发泡材料放置24h得到最终的聚氨酯泡沫材料。测试得到的各项性能参见表3。
表3
以上实施例1-3以及对比例1#-5#测试，透气性、全密度、湿热压缩变形采用JISK6400方法，共振频率、共振倍率采用JACOB407方法，阻燃性评价采用火焰灼烧30s点燃材料后材料自熄的时间。
聚乙二醇-聚酯嵌段共聚物对于本发明中聚氨酯泡沫材料的发泡性、强度、透气性等都具有重要影响，为了保证足够的发泡性和强度，其重量份至少应达到40份，而为了避免对于气泡连通化的抑制以获得优异的透气性能，则要求其含量不要超过50份。同时，优选其聚酯嵌段的重量含量在25-35％之间，超过35％会导致体系的水解性能变差，而低于25％则不能有效发挥聚乙二醇-聚酯嵌段共聚物的优异透气性。此外，为了获得更好的强度和耐久性，应当保证其平均官能团数大于3，羟基值大于40mgKOH/g，而平均官能团数和羟基值不应过大，否则会降低延伸性能等。
环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物能够有效平衡体系的透气性能和振动性能，为了发挥其作用，其含量至少应达到40份，然而为了避免过多增加硬化时间，应当控制其含量少于50份。同时，为了获得优异的透气性能，希望其环氧乙烷的含量至少为40％，但过多的环氧乙烷含量会造成独立起泡性的倾向过高，而造成延伸性能、透气性等的恶化。此外，为保证强度和耐久性，应当使得其平均官能团数大于2，羟基值大于100mgKOH/g，而平均官能团数和羟基值不应过大，否则会降低延伸性能，延长硬化时间等。
聚乙二醇具有较高的独立气泡倾向，提高体系的耐久性，为发挥上述作用，聚乙二醇的含量至少应为5份，但其含量也不宜过高，否则会造成延伸性能、透气性的恶化。同时，其平均官能团数在3以上，羟基值在400mgKOH/g以上能够提高强度和耐久性，而平均官能团数和羟基值不应过大，否则会降低延伸性能，延长硬化时间等。
为保证体系具有足够的强度和耐久性能以及好的振动特性，聚异氰酸酯中甲苯二异氰酸酯的含量应当至少为30％，但从环境等角度考虑，优选尽量少的使用甲苯二异氰酸酯，因此控制其含量为50％以为。此外，当满足2,4-甲苯二异氰酸酯/2,6-甲苯二异氰酸酯＝2:1时，材料具有更为优异的透气性能。
匀泡剂中选用L626型硅油能够获得明显的气泡连通化的作用，从而无需过量机械破坏以产生连续气泡，以避免泡沫材料内部的破坏，为发挥其作用，其添加量应超过0.02份，但其添加量必须严格控制，否则可能导致气泡均匀性变差，从而降低泡沫材料的耐久性等。
为了发挥足够的阻燃作用，阻燃剂的含量应当超过10份，但其含量不可过高，否则会导致材料体系的强度、回弹性等性能的恶化。同时发现，缩合磷酸酯和三聚氰胺树脂复配的阻燃剂能够最大限度的发挥阻燃作用，并优选其比例为2:3。
将本发明制备得到的铝合金材料和聚氨酯泡沫材料通过适当的加工、组装，即可得到本发明具有低质量和优异性能的新型汽车坐椅。
Claims (2)
1.一种汽车坐椅的制备方法，其采用如下所述的铝合金坐椅框架和聚氨酯泡沫坐垫，具体是将铝合金经过机加工成型为坐椅框架，将聚氨酯泡沫材料经过切割后作为坐垫的弹性层，并在其表面分别包覆无纺布层和皮革层，各层之间通过粘结剂粘合而成坐垫，将坐椅框架和坐垫组成为汽车坐椅，其特征在于：所述铝合金具有如下的组成：以重量百份比计(wt.％)，Mg4.0-4.5，Si0.6-0.8，Cu0.6-1.0，Mn0.05-0.1，Cr0.05-0.1，Zr0.05-0.1，Zn0.05-0.1，Sn0.1-0.2，Sr0.01-0.05；
所述聚氨酯泡沫材料是使多元醇组合物与聚异氰酸酯在催化剂、发泡剂、匀泡剂、阻燃剂存在的条件下，反应得到的软质聚氨酯泡沫材料；
所述的多元醇组合物由(A)聚乙二醇-聚酯嵌段共聚物、(B)环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物、(C)聚乙二醇组成，并且以100重量份多元醇组合物计，(A)聚乙二醇-聚酯嵌段共聚物为40-50份，(B)环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物为40-50份，(C)聚乙二醇为5-10份；
所述的(A)聚乙二醇-聚酯嵌段共聚物中，平均官能团数为3-4，羟基值为40-50mgKOH/g，聚酯嵌段的重量含量为25-35％；
所述的(B)环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物中，平均官能团数为2-3，羟基值为100-200mgKOH/g，环氧乙烷的重量含量为30-40％；
所述的(C)聚乙二醇中，平均官能团数为3-4，羟基值为400-500mgKOH/g；
所述的聚异氰酸酯由甲苯二异氰酸酯(D)和二苯基甲烷二异氰酸酯(E)混合而成，其中甲苯二异氰酸酯的重量含量为30-50％，NCO基与活性氢基当量比为0.8-1.0，并且以100重量份多元醇组合物计，聚异氰酸酯化合物为100-120份；
所述的催化剂为辛酸亚锡，并且以100重量份多元醇组合物计，辛酸亚锡为0.5-1.5份；
所述的发泡剂为水，并且以100重量份多元醇组合物计，水为4-6份；
所述的匀泡剂为聚硅氧烷表面活性剂，并且以100重量份多元醇组合物计，聚硅氧烷表面活性剂为0.5-1份；
所述的阻燃剂为缩合磷酸酯(F)和三聚氰胺树脂(G)的混合物，其中二者的比例为2:3，并且以100重量份多元醇组合物计，阻燃剂为10-15份。
2.根据权利要求1所述的汽车坐椅的制备方法，其特征在于：所述铝合金通过下述方法制备得到，
首先按照所述铝合金的组成配制原料，将原料熔融后通过半连续铸造的方法得到铝合金板坯；
将铝合金板坯在520-550℃的条件下实施均质化处理，处理时间3-4h；
随后对铝合金实施热粗轧，粗轧开始温度为520-550℃，终轧温度为450-480℃，压下率为90％以上；
随后对铝合金实施热精轧，热精轧的温度为400-430℃，压下率为70-80％，应变速率15-20/s；
随后经过冷轧将铝合金压制到所需的厚度；
随后将铝合金加热到480-530℃实施固溶处理30-60s，以20-30℃/s的冷却速度降温至280-320℃后，以150-200℃/s的速度急冷至室温，自然时效24-30h；随后再次将铝合金加热至50-70℃保温30-36h，得到既具有优异的成形性能，又满足烤漆热处理硬化需要的汽车部件用高性能铝合金；
将所述铝合金经过机加工成型为最终的汽车部件产品。
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