汽车座椅泡沫的舒适性（微课堂现场实录）

6月17日晚20点30分，盖世汽车网特组建“盖世微课堂——汽车座椅泡沫的舒适性”（以微信为主体的专业群交流模式），就汽车座椅泡沫的功能和舒适性影响因素、汽车座椅泡沫舒适性的评估以及汽车座椅泡沫的舒适性设计等议题进行了探讨，邀请江森自控专业汽车内饰集团泡沫制造高级经理倪海峰开堂授课，来自上汽、北汽、一汽、长安、丰田等整车厂以及佛吉亚、伟世通、延峰彼欧、德纳、塞拉尼斯等零部件企业共500 位人士在群内展开热烈讨论。以下是课堂焦点内容速记汇总，与业内共飨！

我们今天主要是讲关于汽车座椅泡沫的舒适性。在日常生活中汽车越来越多了，那么大家在开车的时候最关注的问题在哪些地方，换句话说就是我们在买车的时候，我们会关注什么？

从我个人的经验来看，我首先会去关注就是坐这辆车里面的气味怎么样，就是现在大家非常关注的VOC，现在国家也是颁布了政策来控制空气质量，但从做泡沫的一个专业人士的角度来看，我觉得大家不能忘记我们还必须得关注座椅的一个舒适问题。

今天我讲的课题主要会分为四个板块，第一个板块我们会讲一下汽车舒适性的基本概念和影响因素，第二个板块是舒适性在企业里的评价方法，第三个会讲一下舒适性改进的两个案例，最后我们会跟大家讲一下江森自控在提高汽车座椅方面的一些创新。

一、汽车座椅泡沫舒适性与功能和舒适性的影响因素

首先我们来说一下汽车座椅在汽车里面的作用。首先它起的是一个支撑作用，其次它起的是一个安全作用，安全作用主要指的是H点和泡沫的减震，另外一个还要考虑的是它的美观,最后是舒适,也就是今天我们要讨论的。

不知道大家是否了解为什么选用泡沫来作座椅的一个重要的组成部分？

首先是因为泡沫是一个粘弹性的物质，具备比较好的滞后损失，较高的压缩比，能够在震动时吸收能量，起一个减震的作用, 并且它的成形性、弹性都是比较好的，这也就是为什么我们在目前这个行业里面还是选择聚氨酯泡沫来作为汽车座椅泡沫的一个主要原因。

那么泡沫的舒适性我们主要会分两种，一个是它的静态舒适性，第二个是动态舒适性。简言之，静态舒适性就是人体坐上去座椅给你的一个感觉，主机厂往往会通过屁股实验，就是通过几个专家坐上去来感觉这个座椅给我的一个舒适程度怎么样？而第二个动态主要我们考虑的是在驾驶的过程当中座椅给乘坐者的一个舒适性感觉，在主机厂我们会通过路试来判断这个座椅的舒适程度。

上面讲到的静态舒适性和动态舒适性主机厂采用的方法，对于我们泡沫的生产厂家来说，是比较难于掌控的，因为这个是一个非常主观的,依靠经验的判断，那么在下面的讨论中会讲到在我们行业里面我们对于舒适性的判断有哪些测试方法和标准。

首先我们要了解一下泡沫本身在座椅舒适性提高方面能起的作用，首先是泡孔本身的结构决定的，第二个是相分布来决定的，下面我们就具体来展开。

这一张图谱是我们从陶氏化学上的一本指导书上摘录下来的。

泡沫在形成过程中主要会涉及到两个主要的化学反应，第一个反应是我们通常说的异氰酸酯和聚醚发生反应， 形成了聚氨酯， 第二个反应是水和异氰酸酯反应生成二氧化碳，同时进一步形成了聚脲。

那么聚脲先是以流离状态分布在了聚氨酯的基体里面， 当浓度超过了它的可溶解度的时候，聚脲就会析出成为聚脲集团。

这两步反应是对于泡沫形成是非常关键的两个反应，我们通常在实际生产中，在配方的调节过中需要使得凝胶和发泡反应能够达到一个动态平衡，凝胶指的是聚醚和异氰酸酯发生的反应，发泡反应就是水和异氰酸酯发生的反应。

在聚氨酯形成过程中，添加剂在这些反应过程当中起的作用是比较明显的，一方面它能够控制反应的进行程度，另一方面它能影响泡沫最终开孔的时间和开孔的数量，就是开孔率。

这张图给出了我们在反应过程中的一个例子。这里面主要是分了乳白时间、凝胶时间和起升时间这三个阶段，可以从图谱上可以看出。

最终泡沫形成的结构就是这样一个蜂窝的结构，可以看到里面在泡孔壁上的形状是不一样的。

最关键的是聚脲基团或者是聚脲在聚氨酯基材里的分布，它会对泡沫的物理性能有一个非常明显的作用。

回到主题，泡沫舒适性的设计。第一个来讨论下舒适性与耐久度的关系。

实际上，耐久度决定了舒适性，当泡沫的耐久度越好的时候越能够保持泡沫的舒适性，换言之，当泡沫失去耐久度的时候，泡沫是不能够提供舒适性的。

泡沫的密度也是我们在泡沫设计过程中首先会提到的一个数据，那么泡沫密度和舒适性的关系是怎么样的？

原则上，密度越高，舒适性往往越好，但是要考虑到泡沫的开孔性，有部分文献显示是闭孔率比较高的泡沫，它的密度越高，舒适性反而会有所下降。

泡沫硬度和舒适性的关系，现在有些主机厂在设计泡沫的过程中会把泡沫做硬一点，这样泡沫在包覆的时候比较能撑出形状。那么对于舒适性来说，是不是泡沫越硬越好？我们结合了江森自控这么多年的泡沫经验还有我们在实验室里的研究，我们发现泡沫的硬度不是越硬越好，只是说在一个合理的范围内它能够提供给我们的一个舒适性，通常我们是觉得25%的压陷值在120-210牛顿之间是一个比较合理的范围。

泡沫的厚度和舒适性的关系。在一定的密度和硬度条件下，泡沫越厚那么给人体的舒适感觉也就是静态或者动态的感觉都会越好，那么考虑到车内有限的空间，泡沫也不能够做的特别厚，那么我们在实际生产过程中建议的泡沫厚度应该是在50-120毫米。

最后跟大家讨论一下泡沫多硬度的设计，我们已在实际生产过程中会看到有的泡沫设计师会设计成4硬度或者5硬度的一个设计，这个设计它从舒适性的角度来考虑，它能够起一个支撑作用，是一个比较理想化的一个设计，但是在实际生产过程是很难实现的，因为我们是会考虑到化料的起发速度的不一致还有浇注枪头建压时间的问题，所以一般我们是建议泡沫的硬度设计不要超过三个硬度。

二、汽车座椅泡沫舒适性的评估

这里面在实际生产过程中我们会用到两种测试方法来评价泡沫的静态舒适性。第一个是小球回弹第二个是泡沫的舒适因子。

小球回弹它主要测试的是钢球落下在泡沫表面反弹的高度和原始高度的一个比例，那么目前我们能够做到的小球回弹最好的基本上是在73%，74%，通常MDI会低一点，但是一些特殊MDI也可能做到60多，一般小球回弹的范围应该是在50-70之间。

那么舒适因子我们一般的条件下是在2-4之间，往往是集中在2.8-3.2这个范围之内。这也就是说这样的泡沫能够让你一开始坐上去的时候有一种柔软的感觉，当随着时间的进行，因为泡沫的粘弹性的特点，会使得泡沫越做越薄，当到65%的时候它又会给你一个非常好的支撑。

现在滞后损失率在泡沫的舒适性评价当中发挥的作用越来越明显，主机厂也越来越关注着滞后损失率的情况。

滞后损失率是我们常用的一个测试方法，最近很多主机厂都要求进行滞后率的测试，滞后率换言之它就是一个泡沫吸收能量的能力,在加载和卸载过程中，因为泡沫的粘弹性特点，这两个曲线是不重合的，那么他们包围的这个范围除以加载的总面积得出来的的比值就是我们所说的滞后率。

那么滞后率是不是越小越好，或者越大越好？

我们的实践经验证明，滞后率在15-30%之间是一个比较理想的一个范围，当滞后率小于15%的时候表明这个泡沫吸收能量的能力是非常差的，这样会在驾驶的过程当中不能够尽量降低泡沫的震动，从而使人觉得不舒服。当滞后率损失率大于30%以后，那么这个时候泡沫就会很容易发生坐塌陷，或者是它的疲劳损失会比较大，反倒不利于保持泡沫的耐久度，所以说大于30或者小于15都是我们不建议的。

还有一个测试动态舒适性的我们把它叫做假臀实验，它是通过模拟的假臀在泡沫上面做反复运动，假臀实验主要给出的是泡沫的恢复能力，比如FED也就是泡沫的弹簧路线，像大众就要求FED要大于5毫米。

震动衰减也就是震动传递率是我们评价泡沫动态舒适性的最有效的一个测试方法。也是我们在实验里能够模拟实际驾驶情况的一个方法。在这里面主要有两个关键因子，一个是泡沫的共振频率，一个是泡沫的震动传递率。共振频率和人体的共振频率要尽可能地不一致。这样才可以避免开人体器官的共振频率， 不会让人坐在汽车里面感觉到头晕，震动特别厉害。其次需要考虑的是降低泡沫在共振频率处的振幅大小。

三、汽车座椅泡沫动态舒适性改进案例

下面给大家分享汽车座椅泡沫动态舒适性改进的两个案例。

第一个案例给大家讲的是MDI,TDI对滞后损失率的影响。从图上可以看到，TDI有比较好的小球回弹，那么比较好的小球回弹带来的作用就是它会使得共振频率往小的方向发展，但是它提高了在共振频率时的振幅。

在密度硬度相当的条件下，MDI共振频率时的振幅会比较低，但是他的共振频率是靠近人体的共振频率。那么我们在实际工作当中往往做的是从配方和原材料的角度进行二次开发，从而形成一个新型的化料体系。这样我们通过Foam C既能够减低共振频率，又能够降低在共振频率下的振幅。

右边的图给出的是在实际驾驶过程中三种泡沫的具体表现。我们可以发现在实际过程的结果跟实验室的,也就是左边的第一幅图是有一定的可比性的。这说明我们的震动衰减测试是可以用来做判断泡沫的动态舒适性。

第二个案例讲的是原材料如何改进来提高泡沫的震动衰减。我们可以看到当分子链的结构呈连续状态的时候，我们图谱的右侧人体的压力分布图上可以看出分布的力是比较均匀的，而且是没有应力集中的。这也就是说明第一幅图表示的化学结构能够更好地提高泡沫舒适性。

四、提高座椅舒适性的创新

江森自控在提高汽车座椅泡沫舒适性方面所做的几个创新：低滞后损失泡沫、VT泡沫、水平分层泡沫（DHH）、R-Comfort

主要是从两方面讨论的，第一个是从配方角度来做的改进，第二个是从泡沫的结构设计来考虑的。我们目前江森自控可以做到的滞后损失率最好在14.7%左右 ，一般能做到的在16%-19%。当然，滞后损失率还是和泡沫的结构和要求比如化料体系有关。往往可以发现，在同样密度条件下，TDI的滞后损失率往往会好于MDI，这和大家一般的了解是不一样的。但是，MDI它在高密度的条件下，它可以提供泡沫的耐久度，因为TDI的抗水解能力不足。

江森自控还开发了VT泡沫就是高舒适度的泡沫，我们可以从图表的右侧看到，VT泡沫的共振频率和共振频率的振幅都要优于现在常用的高回弹泡沫。这一VT泡沫已经实际量产了。

水平分层泡沫（DHH）、R-Comfort我们在上海车展也同时展出了这两个技术，设计理念基本上是一样的，主要是通过能够提供表皮柔软的表面层，然后再通过泡沫下部比较硬的泡沫层来起一个支撑作用，从而避免了长途驾驶带来的不舒适性。

总的来说，汽车泡沫座椅在舒适性上是大有文章可做的，我们可以通过配方、催化剂的调整、原材料的开发、泡沫的结构设计、模具的改造，给用户提供最好的舒适性。

提问环节：

1.座椅是不是可以TPU发泡工艺代替PU发泡？

目前的条件下不行，不代表以后不行，目前的主要难题在于TPU发泡产品是比较硬，这样不能够给一个舒适感，而且密度是相对来说是比较高的，一般情况下应该是大约在100左右。

2.制造工艺中热发泡与冷发泡的区别？

简单来说，热发泡就是泡沫的模具在浇注完成之后就会进入一个烘箱，烘箱的温度会有200-250度左右，而冷发泡是我们目前常见的是通过模温机来加热模具，使得模具温度在50-75度范围内。

热发泡的好处是不需要开孔机开孔，而且泡沫的耐热老化的能力比较好。

3.座椅可以应用水型脱膜剂吗？

水型脱膜剂已经在江森的北美的工厂已经在应用了，也是我们目前的一个努力方向，就是说座椅可以用水型脱膜剂。

4.泡沫密度与舒适性的关系？现在会通过降低密度开Vave，请问如何降密又能兼顾舒适性？

通常来说，密度越高，舒适性越好，但这不是绝对的。

第一是通过原材料的开发，比如预聚异氰酸酯的引入，第二是通过配方的调整，影响泡沫的开孔率和开孔时间，从而进一步影响泡沫泡孔壁的厚薄来影响泡沫的舒适性。

5.双密度发泡因为既可满足舒适性又可保持支撑，那它的成型工艺和应用如何？

双密度的成型工艺首先取决于生产线的节拍时间，第二是需要做成几个硬度，通常建议是最多做成3个硬度，第三个是模具的形状结构。在生产过程中通常会发生的一个问题是，热发泡转成冷发泡的时候需要做成双密度发泡，需要对模具的隔离筋进行一个大的调整。

目前双密度发泡的应用是非常广的，江森自控在中国工厂、包括在北美、欧洲的工厂我们都是具备双密度发泡的能力，而且现在主机厂大部分泡沫都要求的是双密度发泡。这里需要更正下,我们一般不把它叫做双密度发泡，而是双硬度发泡,因为同一个密度的泡沫可以做成不同的硬度。

6.汽车座椅泡沫对车内空气质量肯定会有一定程度的影响，请问针对座椅泡沫可以通过哪些途径控制或者降低车内VOC？

VOC这是江森最近两三年一直在做的工作。我们在实际工作中发现，对于降低VOC，第一个需要配合的是聚醚或者异氰酸酯的供应商原材料的配合，第二个是在配方上的调整，比如添加一些其他的添加剂来控制反应过程当中产生的VOC物质。当然在实际的测试过程中也发现，国家的测试方法不是很稳定的，这个还需要等到国家的具体方法确认之后再来进一步的讨论。

7.生物基作为一种更环保的材料，目前开发和市场应用情况如何？其提取是否更为困难？成本是否会很高？

很多泡沫供应商大豆油聚醚，蓖麻油聚醚这些能力，这些聚醚的提取是不是困难，它的合成不是很困难，目前在中国的应用前景应该是比较大的。

生物基聚醚的应用目前在中国不是很大，这主要跟原材料的供应量有关的，因为它的市场价格波动非常剧烈，所以跟我们现在用的常用的石油基聚醚无法来作对比。

8.如何衡量企业发泡技术的成熟度？

主要还是人、基、料、法、环五个环节。首先我们需要有一个有经验的泡沫专家，人是最主要的影响因素。这样的泡沫专家真的能够熟悉主机厂，能够有针对性的给出一个解决方案。

第二是稳定的设备，如果说设备不能够稳定，那么就提供不了一个精确的输出。

第三个是可靠的原材料，如果没有可靠的原材料，就更谈不上舒适性和VOC的东西了，江森目前是和国内石化的领军行业供应商配合的，酸是与拜耳、巴斯夫的，聚醚是由蓝星、上海高桥，从源头就进行管控，保证发泡的质量。

法指的是有效的检测方法和工艺流程。

环就是我们说的工厂的合理布局、环境保护。江森是会对于历史数据进行分析，得出的一个泡沫工厂的一个最佳的布局方案，然后这里面主要考虑就是说对环境的影响，对员工的健康，还有空气排放的一些事情。

9.座椅泡沫本身很轻了，有无促其更轻的办法？

这本身就是一个很矛盾的说法。我们是有这个办法的，我们可以通过泡沫结构的设计角度出发 ，我们会让表面形成一个比较软的泡沫层，底部还是维持泡沫的原装，这样的话，一方面可以提供可靠的舒适性，同时还可以降低泡沫的重量。如果这个问题问得出发点指的是泡沫密度的降低，那么这个就牵涉到了我们的原材料开发还有配方的调整，江森自控目前能够做到的密度应该是在32的样子，我们现在正在努力往30去做，但是这个需要明确的是物理性能往往会受到非常严重的挑战的,我们的建议还是做到至少37以上。

10.在发泡技术方面，目前还有哪些技术瓶颈难逾越或者存在哪些空间？未来技术趋向是什么？

目前我们的技术方面最大的难点是在原材料方面，因为是石油基的复杂性和稀缺性，使得原材料本身的成分很难控制，如果可以有单一成分的原材料，那么我们就能更好地定向控制泡沫的性能。

此外泡沫生产是闭模浇注的，在浇注过程当中，我们无法看到化料的流动方向、流动范围.当模具合上之后，化料在里面是如何起升的我们是不能够预判的。

当然我们是可以通过一些模拟软件来实现模拟的对比，但是毕竟它不能够代表实际的一个情况，因为实际它会受模具温度、模具内部的压力、模具表面的干净程度还有化料本身的温度等的影响。简而言之，泡沫本身,这一圈生产出来的泡沫和下一圈生产的泡沫,即使所有的参数都一样，都不能保证生产出来的泡沫是一模一样的。

最后一个技术突破上的难点主要指的是政策上的难点，也就是说有没有统一的一个方法或者大家都往一个方向去做，因为现在追求泡沫的低密度或者高硬度，那么有不同的方法，这些方法对性能的影响都是不一样的，我们如何才能做到既能保持低密度又能够保证性能，这是个非常困难的，每个人有不同的做法，那么最终的产品也是不一样的。

（文章来源：盖世汽车网）