仪表板表皮成型工艺概述及发展动态

仪表板表皮成型工艺概述及发展动态延锋伟世通汽车饰件系统有限公司 侯剑锋 上海 200233 摘要：对目前汽车仪表板表皮成型的各种工艺及其对应的材料现状进行了综述，并展望其未来发展趋势。

作者认为，对于中高档仪表板，主要的表皮成型工艺将为 PVC 搪 塑、TPU 搪塑、TPO 阴模成型，在较长时间内 PVC 搪塑仍将保持较高份额；对于高档仪 表板，主要工艺将集中在 PUR 喷涂、真皮包覆工艺；TPU 吹塑成型将有良好的应用前景。

关键词：仪表板 表皮 搪塑 阴模真空成型 模塑 喷涂 吹塑 真皮包覆一、 前言随着汽车在安全及以及环保方面的发展，人们对汽车饰件在安全性及环保 性方面的要求也越来越高，对汽车仪表板来说，一个好的仪表板不仅要有设计 新颖美观的外形，舒适的手感，而且还需具有优良的高低温性能及与乘客的良 好相容性（优良的散发特性）。

鉴于这些要求，对仪表板表皮制造的材料及工 艺就提出了更高的要求。

例如，过去仪表板表皮较多是采用 PVC/ABS 真空成 型工艺生产，但由于 PVC/ABS 表皮存在老化性能差，高温下增塑剂等助剂易 挥发，造成起雾现象，并且使车内环境变差，造成气味、散发等指标不合格。

正由于 PVC/ABS 表皮存在这些问题，目前使用 PVC/ABS 表皮的仪表板在市场 中的占有率正不断下降，从以下二个图中，可看出 PVC/ABS 的使用率从 1997 年的 50％下降到 2002 年的 36％。

第 1 页共 10 页由此可见，与环境相容性较差的材料将逐渐被替代。

今后，仪表板表皮材 料将在以下性能上不断改进： • • • • • 优良的安全性能，低温性能 抗 UV 性能 易于循环使用 减小成雾性 材料无害性、与环境及人的相容性根据仪表板表皮性能这些发展要求，世界各主机、饰件及材料生产厂商不 断开发出新的材料及成型工艺以满足表皮性能的发展要求，以下将对中高档仪 表板饰面表皮的一些新材料及成型工艺进行介绍。

二、 表皮成型工艺、材料综述第 2 页共 10 页1、搪塑成型工艺 搪塑工艺是当前一项成熟并使用广泛的成型工艺，其加工成型工艺简单，是目前应用最广的工艺。

目前搪塑模可采用的皮纹也越来越广，如缝纫线 (Stitch line)，主要材料有 PVC、TPO、TPU 粉料，但由于其传统的冷却方式为 水冷却，因此造成了模具使用寿命较短，搪塑模成本很高，目前随着加工设备 的改进，采用了空气冷却的冷却方式，搪塑模的使用寿命已经得到很大的提 高。

搪塑工艺流程图如下：a. PVC PVC 材料具有良好的手感、花纹成型性，以及耐热、耐光老化、防起雾等 性能，并且 PVC 材料价格便宜，因此目前 PVC 占据了搪塑成型工艺的绝大部 分市场。

但由于 PVC 在抗老化性、增塑剂迁移等方面存在问题，并且 PVC 材 料的玻璃化温度较高，材料在低温环境下发脆，易造成无缝气囊仪表板在低温 （－35℃）状态爆破时，气囊区域 PVC 表皮碎裂而飞出，对乘客产生安全隐 患。

因此出于安全及环保原因，PVC 搪塑的占有率正逐渐下降，目前世界市场 上正开发 PVC 的替代材料，如玻璃化温度低且环保的搪塑材料 TPU、TPO 搪 塑粉料，并且产量正不断上升（见下图）第 3 页共 10 页随着仪表板外形设计美观的要求，越来越多的仪表板将采用无缝气囊的设 计，对表皮的低温性能也越来越高。

虽然 PVC 材料的低温性能、老化性能及散 发特性较差，但由于其低廉的价格、优良的加工性能，因此在较长的时间内， PVC 搪塑仍将是使用最广的表皮加工工艺之一。

目前主要 PVC 生产厂商也正致 力于开发优良低温性能及老化性能的 PVC 材料。

但改性后 PVC 其成本上升 了，为减少改性后带来的成本上升的影响，可以使用双层搪塑等新工艺来平衡 成本。

下图是欧洲无缝气囊仪表板的发展趋势。

b. 热塑性聚氨酯 TPU 热塑性聚氨酯 TPU 是由德国研究人员在二十世纪三十年代发现的，是一种 热塑性弹性体，结合了橡胶的物理机械性能，具有优良热塑性及工艺加工性， 结构式如下图：第 4 页共 10 页TPU 具有以下优点： • • • • • TPU 是一种环保型的材料，可回收循环使用 具有优良的物理机械性能、可使用较薄的表皮厚度 良好的耐化学性、耐老化性、抗摩损性 TPU 搪塑料无须添加增塑剂，其具有良好的气味及散发特性 优良的低温性能，在低温状态下保持着优良的弹性，玻璃化温度 为－50℃ 因此 TPU 搪塑粉料是 PVC 材料的一种理想的环保型替代材料。

图为 TPU 搪塑粉的制备工艺流程。

TPU 搪塑粉料分二种，一种为芳香族聚氨酯 (Aromatic Polyurethane) ，另 一种为脂肪族聚氨酯 (Aliphatic Polyurethane)。

芳香族聚氨酯由芳香族异氰酸脂 MDI 及聚醚组成，脂肪族聚氨酯由脂肪族异氰酸脂如 HDI、IPDI，和聚酯或丙 烯酸聚醚组成。

由于芳香族异氰酸脂存在不饱和键，芳香族聚氨酯如长期暴露 在大气中，受紫外线(UV)照射后，会产生变黄及粉化现象，因此早期使用的芳 香族 TPU 搪塑表皮表面需喷上涂层，以防止表皮变黄。

目前开发的 TPU 搪塑 粉料一般都是脂肪族体系，脂肪族聚氨酯具有优良的抗紫外线、耐光性，因此 无须对表皮表面进行喷涂处理，但脂肪族 TPU 一般的加工性能及高成本却影响第 5 页共 10 页了 TPU 材料的推广。

由于脂肪族 TPU 优良的耐光性及舒适的手感，其在中高 端的产品上应有较好的应用前景。

c、热塑性聚烯烃 TPO TPO 搪塑粉料在欧洲的几个车型上曾有过应用，但在应用过程中，TPO 搪 塑表皮存在以下缺点未解决： • • • • 表皮耐刮擦性差，脱模时易产生明显脱模痕而造成大量报废 耐油性差 脱模较困难，对仪表板外形设计局限性较大 成型温度范围较窄鉴于 TPO 搪塑表皮的以上缺点，目前在欧洲市场上 TPO 搪塑粉料的开发 已经停止。

2、 阴模真空成型工艺(Negative Thermoforming) 阴模真空成型主要材料为 TPO，工艺流程与目前普通真空成型的工艺流程 相似，先将片材加热到一定温度，而后在成型工位进行真空成型，但阴模成型 工艺使用的是镍壳真空模，并且片材表面无皮纹，皮纹是在真空成型过程中成 型在表皮上的。

可以单独成型表皮，也可直接复合在骨架上，工艺流程（见下 图）目前此工艺已经逐步成熟，在仪表板及门板上已经有较多应用。

其主要优 点为： • • • • • 皮纹均匀 优良的物理机械性能、耐久性 优良的耐刮擦性 优良的气味、低散发特性，可循环回收 有力的竞争价格第 6 页共 10 页3、 PU 表皮模塑成型工艺(PU Molded Skin) PU 模塑表皮是一种 PVC 材料的理想替代材料，但其加工工艺目前并不成 熟。

PU 表皮模塑成型工艺流程为：先在表皮成型模上下模喷上脱模剂，而后在 下模表面喷涂模内漆，可喷涂不同颜色的模内漆，随后合模并浇注双组份聚氨 酯原料，熟化后起模，根据原料配方，熟化时间为 40s 至 180s。

PU 表皮模塑成 型生产线可与仪表板发泡生产线进行整合，使仪表板生产线更紧凑，如下图 （概念型 PU 表皮生产线）其具有以下优点： • • • • • 设计柔性高，可生产边角曲率接近 0 的仪表板 可变的厚度范围 0.5-3mm 精密的表皮表面结构的重复生产能力 花纹结构不受限制 优良的物理机械性能第 7 页共 10 页• • •优良的抗老化性能 优良的气味、低散发特性，Fogging<1mg 多颜色（通过 Polyol 加色浆或喷涂模内漆）、纹理由于 PU 表皮 的原料的粘度较低，流动性较好，因此生产的表皮厚度控制均 匀，可以生产表皮厚度从 0.5mm 到 3mm。

由于 PU 表皮成型工艺类似与发泡工艺，因此其结构受到发泡模上模结构 的限制，由于上模不能过多的使用抽芯机构，因此目前 PU 表皮不能设计 Undercut 太深的结构，否则较容易造成 Undercut 处表皮厚度有很大变化。

目前 模具制造商正致力于改进上模机构以及锁模机构，以改善 PU 表皮工艺对结构 设计的限制。

目前正在开发的一种用模塑成型表皮的工艺为，直接在上模安放好骨架， 随后将 PUR 原料从骨架处注入，使 PUR 模塑表皮直接粘附在骨架上，仪表板 一步成型，从而省去了现在常用的聚氨酯泡沫层，而仪表板的手感外观均和发 泡仪表板一致。

但表皮表面的耐刮擦等性能还有待改善。

4、 PUR 喷涂工艺（PUR Spray） PUR 喷 涂 工 艺 使 用 的 材 料 也 分 二 种 ， 一 种 为 芳 香 族 聚 氨 酯 (Aromatic Polyurethane)，为防止表皮变黄现象，因此需要喷涂模内漆（IMC），如 BASF 公司的体系，另一种为脂肪族聚氨酯(Aliphatic Polyurethane)，如 Recticel 公司 体系。

脂肪族 PUR 喷涂工艺主要流程如下图：PUR 喷涂工艺主要有以下优点： • 精密的表皮表面结构的重复生产能力第 8 页共 10 页• • • • •花纹结构不受限制 优良的物理机械性能 优良的低温、抗老化性能 优良的气味、低散发特性 多颜色（通过 Polyol 加色浆或喷涂模内漆）、纹理由于 PU 喷涂的原材料成本较高，并且工艺过程控制比较复杂，目前主要 应用于中高端的仪表板产品上。

5、 TPU 吹塑工艺（Blow molding） TPU 吹塑工艺是目前最新开发的一项工艺，其工艺为对 TPU 材料的吹塑 成型，吹塑成型的优点是能耗较低，模具采用镍壳模，与阴模成型模具类似， 寿命很长因为成型模无须加热，一次成型二个产品。

由于 TPU 本身具有的良好 的耐摩擦，良好的机械性能，良好的花纹保持性，并且可以生产厚度较薄的表 皮，因此相对与 TPU 搪塑，TPU 吹塑有着良好的应用前景。

但由于芳香族 TPU 较差的耐光性，因此此工艺仍需改进材料的耐光性并降低材料的成本。

6、 真皮仪表板 (Leather IP) 目前，真皮仪表板主要应用在高档仪表板上，其造型豪华美观，手感舒 适，安全环保，与乘员的相容性好，主要有直接包覆在骨架上、包覆在发泡 上、先包覆软层再包覆真皮、真皮直接发泡成型四种成型工艺。

三、 各成型工艺表皮性能比较以下二表列出了目前常用的表皮加工工艺的性能对照表：PU Skin 手感 造型 价格 散发特性 机械性能 气味 ++ ++ ++ ++ ++ ++ TPO/TPU Slush + ++ ++ ++ ++ PVC Slush ++ ++ +++ + PUR Skin Spray ++ ++ + + +/-第 9 页共 10 页TPO真空成 型成熟技术 气囊结构 Separate doors Fliptop Integral Invisible 应用激光弱化的无缝 气囊结构 双色成型 单模工艺 表皮成型与发泡使用 同一流水线PVC类真 空 成型 YES YES YES NO (1) NO (1) NO (2) NO NOPVC搪 塑 YES YES YES YES NO (1) NO (2) YES NO 10- 40,000模 （水冷) 80- 100,000模 （空气冷) NO 8 9 9 4 5 7 YES NO脂肪 族PU 喷涂 脂肪 族TPU搪 塑 Y ES NO YES YES YES YES YES YES NO 10- 40,000模 （水冷) 80- 100,000模 （空气冷) YES 9 9 9 7 9 7 YES NOY ES Y ES Y ES NO (1) NO (1) NO (2) NO NO  Y ES Y ES Y ES Y ES Y ES Y ES Y ES模具使用寿命 可循环性 手感 花纹保持性 设计自由度 热 稳 定 性 （ 120°C,500 小时） 低温性能 耐摩擦性 颜色、光泽控制 耐候性无限制 Y ES 6 5 5 6 3 3 NO NO无限制 NO 8 5 5 4 5 7 NO NO无限制 Y ES 9 9 8 9 9 7 NO Y ES备 注：-1 低温性能较差 -2 TPO和PVC弱化，弱化线较明显可见四、 应用展望综上述，对于中高档仪表板，主要的表皮成型工艺将为 PVC 搪塑、TPU 搪塑、TPO 阴模成型。