自 2001 年我國加入世界貿易組織以來，汽車工業得到飛速發展[1].從2011 開始，我國汽車年產銷量增速明顯放緩。2013 年，汽車工業加快推進轉型升級，市場開始出現回暖，產銷量繼續創新高，見表 1.
隨著我國不斷深化可持續發展的戰略以及汽車市場的競爭愈發激烈，未來汽車工業的發展將由追求產能產量和規模逐漸轉變為注重產品的品質、成本和環境友好。這樣一來，汽車廠商會更多地運用輕質、價格低廉、高性能的高分子材料[2].其中，具有優異的耐磨性、彈性、耐熱性、耐候性、機械性能以及軟硬度可調的聚氨酯（ PU） 及其復合材料將會在汽車制造生產過程中發揮更大的作用。
目前，西方高級轎車中 PU 用量為每輛 25 ~ 30kg,在我國轎車中的平均用量只有 15 ~ 20 kg,可見PU 在我國汽車工業的發展空間仍然很大。相信伴隨著我國汽車產業的不斷發展，必將會進一步帶動我國 PU 產業前行。目前，汽車用 PU 材料主要包括泡沫塑料、彈性體、膠粘劑、涂料以及 PU 革等，廣泛應用于汽車的車身、發動機、底盤和電氣設備。
1 PU 泡沫塑料
PU 泡沫具有質量輕、隔熱和回彈性、舒適性、低溫柔韌性好，耐用、安全性和吸振性較高等特點，可以滿足汽車在輕量化、動力性、舒適性、內飾軟化、使用壽命等要求。汽車用 PU 泡沫塑料的種類常分為軟質、硬質、半硬質以及自結皮泡沫等。
PU 軟質泡沫塑料因其具有壓縮永久形變小、韌性好、高回彈、耐油性好、優異的減振性能和質量輕等特點，已成為汽車輕量化采用的重點材料。廣泛應用于汽車坐墊、頭枕、地墊、門板內襯和遮陽板等制品。PU 軟質泡沫用于汽車座椅主要是由于其緩沖及減震特性可以滿足汽車座椅靜態及動態舒適性要求[3].目前，采用苯乙烯、丙烯腈等單體接枝改性的聚合物多元醇（ POP） 制備的高回彈 PU 泡沫的基本物性與通用軟泡聚醚多元醇制備的 PU 泡沫相比有很大提高，壓陷硬度和產品的舒適性有較大提升[4].
Lazraq I 等[5]使用混合的低相對分子質量、多官能度的聚醚多元醇和二苯基甲烷-4,4'-二異氰酸酯（ MDI） 為主要原料，以水為發泡劑、Niax L-2171硅酮為泡沫穩定劑、N,N,N',N″，N″-五甲基二丙烯基三胺和 N,N-二甲基乙醇胺（ DMEA） 等作為催化劑合成 PU 軟泡，其固化和脫模時間小于 45 s,制得的泡沫密度低至42 kg/m3,拉伸強度70 ~87 kPa,伸長率 101% ~ 147%,揮發性有機物 （ VOC） 低至52 μg / g,霧度測試（ FOG） 低至 76 μg / g,該泡沫主要用來吸收汽車中的噪音和震動，也用于汽車的座椅、襯墊、腳墊、頂棚、儀表盤、控制面板等內飾件。Cor-nille A 等[6]使用主鏈中含聚氧化丙烯的二環狀碳酸酯、三羥基丙烷-三環狀碳酸酯與聚醚胺、二聚胺、聚甲基氫硅氧烷（ 作為勻泡劑） 、1,5,7-三氮雜二環[4. 4. 0]癸-5-烯（ TBD） 、無水醋酸、四氫呋喃（ THF）等為原料，制備了表觀密度高至194 ~295 kg/m3、溶脹指數在 42% ~ 236% 之間、30% 質量熱失重溫度為 310 ~366 ℃的非異氰酸酯軟質聚氨酯泡沫。該泡沫可用于汽車、包裝及家具行業，其機械性能良好，熱穩定性高。
硬質 PU 泡沫具有優異的隔音性和隔熱性，常用作豪華客車和冷藏車車廂的保溫材料，發動機隔熱罩等。鄭溫洛[7]研究將 PU 硬泡應用于車門內飾板等部位。結果表明，PU 硬泡可以提升車輛碰撞的吸能能力，減少車輛碰撞對乘客胯部的傷害。福州翔榮公司用聚醚 4110、泡沫穩定劑、水、耐高溫聚醚350 作為 PU 硬泡組合料，由于分子結構中接入了耐高溫的分子結構，使得成品可在180 ℃下不變形，并用水作為發泡劑，綠色環保，節約成本，適合在汽車上使用[8].
Faruk O 等[9]用不同種類的異氰酸酯、大豆油多元醇、木質素、經過改性的微/納米纖維素纖維合成了綠色環保的汽車零部件用硬質 PU 泡沫。分別研究了通過酶處理和膠粒脫水改性的納米纖維素纖維對 PU 泡沫密度、泡沫開孔量、泡沫孔徑及形狀、水汽吸收、油度、泡沫上升高度以及機械性能的影響。結果表明，與 100% 基于大豆油制備出的硬質PU 泡沫相比，合理添加木質素和脫水改性的微 / 納米纖維素纖維制備出的硬質 PU 泡沫可以降低泡沫的油度、密度和減少 7% 異氰酸酯用量，抗壓強度、模量、沖擊性能得到提高，而泡沫的拉伸強度基本不變。
半硬質 PU 泡沫塑料的特點是具有較高的壓縮負荷、突出的減振性能，非常適合制造汽車儀表板、扶手、門柱等部件的防護墊層材料。儀表板是半硬質 PU 泡沫塑料在汽車上應用的一個典型部件。井上株式會社采用多元醇、多聚酸酐、多異氰酸酯、發泡劑、催化劑、石墨膨脹劑和無機物的水合物，通過原料的反應、發泡和固化而得到 PU 發泡體。這種發泡體具有輕質、難燃和不易變色的特性，可以用作汽車發動機消音罩和儀表盤消音罩等配件[10].
自結皮 PU 泡沫具有柔軟的泡芯和堅固的表面，制品牢固而富有彈性、手感好、表面可再現模腔表面的絞理如桔皮紋等，制品也可進行涂裝加工處理。它主要用來制作方向盤、變速桿手柄、線束護套、按鈕開關、空氣濾清器墊圈、扶手、頭枕、襯及止推塊、門窗立柱、儀表板和喇叭蓋。陳瑩等[11]采用高活性聚醚多元醇、POP、水、低氣味胺類催化劑、低霧翳泡沫穩定劑、1,4-丁二醇（ BDO） 、高分子交聯劑、水性模內漆和水性脫模劑配制了組合料，制備的自結皮泡沫體具有較好的機械性能。研究發現，通過采用專門的高活性聚醚，且采用較高的水用量，方向盤包覆層泡沫整體密度下降，比市售普通方向盤組合料節約 25%以上材料，同時方向盤泡沫體理化性能不降低，且環保性能滿足相關標準，總揮發性有機物（ TVOC） ≤850 μg/m3; 且能部分或全部取消目前市場上的普通全水發泡組合料制造方向盤需要噴涂的模內漆，每只自結皮方向盤降低成本 2 ~3 元。
2 PU 彈性體
澆注型聚氨酯彈性體（ CPU） 是到目前為止最耐磨的彈性體，具有生產工藝簡單，可著色、高耐切割性、吸振、減震、負重容量非常大以及優良的耐油及耐化學品等優點，還不必添加炭黑和芳烴油，可用于制造特種汽車輪胎[12].洪河謀等[13]以甲苯二異氰酸酯（ TDI） 、3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯甲烷（ MO-CA） 、聚己內酯二醇為主要原料，采用預聚體法合成了 CPU 的預聚體，再通過兩段硫化法處理，制得CPU 胎面膠。并將 CPU 胎面膠膠料注入模具對舊的胎體進行 CPU 胎面澆注。采取在室內耐久機床試驗機上加壓的簡化方法，測量經 CPU 胎面膠翻新的實心輪胎和全橡膠實心輪胎在相同負荷下的下沉量。結果表明，在負荷為 1650 kg 時，CPU 胎面翻新實心輪胎下沉量是全橡膠實心輪胎下沉量的85. 8% ,顯示出良好的靜負荷性能。
熱塑性聚氨酯彈性體（ TPU） 廣泛應用于汽車的減震墊塊、鋼板彈簧隔墊、汽車電纜線、彈簧線圈護套齒輪傳動裝置和車身部件。孫春英等[14]在助交聯劑三烯丙基異氰脲酸酯（ TAIC） 、引發劑過氧化二異丙苯（ DCP） 存在下，制備了拉伸強度為 24. 5 MPa、斷裂伸長率為 306%、200 ℃熱穩定時間為 180 min、沖擊脆化溫度為 - 40 ℃、20 ℃ 體積電阻率為 3 ×1012Ω·m、熱 延伸率為 118% 的耐老化聚氯乙烯（ PVC） /TPU 的交聯樹脂，該交聯樹脂可生產出合格的汽車用電纜料，研究了增塑劑、引發劑、助交聯劑、TPU 的用量對 PVC / TPU 交聯體系硬度、力學性能、熱延伸率的影響，并考察了其耐磨性能和耐老化性能。結果表明，在助交聯劑 TAIC 存在下，引發劑DCP 可引發 PVC / TPU 體系的交聯反應，并且隨著DCP、TPU 用量的增加，交聯度增大。
TPU 與多種熱塑性彈性體（ TPE） 構成的復合材料，在汽車領域有廣泛應用價值。此外，TPU 與纖維（ 玻纖、天然纖維和碳纖維等） 或納米材料構成的復合材料，在汽車工業上也有廣闊的應用前景。
3 PU 膠粘劑
PU 膠粘劑因含有很多極性很強和化學活潑性很高的基團，如異氰酸酯基、氨基甲酸酯基、脲基、酯基，與含有活潑氫的材料、多孔材料和表面光潔的材料都有著優良的化學與物理粘接力，粘結牢固。PU膠粘劑粘接工藝簡便，固化方式多樣，具有良好的耐候性、耐溶劑性、耐疲勞性能[15],在減輕車身重量的同時保證行車的安全性。PU 膠粘劑在汽車制造中主要用于擋風玻璃密封膠、結構膠、內飾膠以及零部件的粘接。
3. 1 單組分濕固化 PU 密封膠
單組分濕氣固化 PU 密封膠除具有良好的粘接強度和沖擊強度外，還具有耐老化、耐低溫、耐疲勞、耐水、耐油等特點，它使用方便、粘接強度高、堆積性好，世界上 95%的汽車擋風玻璃都采用單組分濕氣固化 PU 密封膠。
武金筆[16]在以聚醚多元醇和 MDI 為原料，二嗎啉二乙基醚（ DMDEE） 和二月桂酸二丁基錫為催化劑合成的預聚體基礎上，以納米碳酸鈣為填料，鄰苯二甲酸二異癸酯（ DIDP） 為增塑劑，A-171 為密封膠增粘劑，氣相 SiO2為觸變劑，炭黑為補強劑，制得系列單組分 PU 汽車密封膠，其表干時間小于 50min,拉伸強度為 4. 5 ~ 9. 6 MPa,斷裂伸長率為657% ~ 828% ,撕裂強度為 19. 0 ~ 28. 7 N / mm,邵 A硬度為55 ~60.與國內外同類產品的綜合性能進行對比，其綜合性能比國內現有產品好，克服了同類型密封膠普遍存在的力學性能不夠、容易起泡等問題。
3. 2 PU 結構膠
用于汽車結構部件如焊縫、底盤和發動機結合面、管接頭等的 PU 結構膠一般是無溶劑雙組分膠，其組成一類以聚醚或聚酯多元醇為主劑，多異氰酸酯為固化劑的主要成分； 另一類是端 NCO 基預聚體為主劑，低分子多元醇或多元胺為固化劑的主要成分。它屬于長時間能承受較大動負荷靜負荷并能長期使用的膠粘劑。
朱成偉等[17]用 MDI、六亞甲基二異氰酸酯（ HDI） 、甲苯二氰酸酯（ TDI） 作為硬段，聚己二酸丁二醇酯二醇（ PBA） 、聚四氫呋喃二醇（ PTMG） 、聚碳酸酯二醇（ PCD） 和自制的聚酯多元醇等作為軟段，并用 γ-氨丙基三乙氧基硅烷（ KH-550） 進行封端，同時使用熱塑性聚氨酯樹脂作為添加樹脂，制備出了開放時間為 50 s、5 d 完全固化、120 ℃ 熔融粘度為15 Pa·s、180 ℃ 下無軟化流淌、具有較優施膠溫度（ 120 ℃） 、初始剝離強度為 60 N/25 mm、最終剝離強度 900 N/25 mm 的車燈用濕固化聚氨酯熱熔膠，其各項指標均已經達到同類進口濕固化聚氨酯熱熔膠車燈膠產品水平； 在粘接強度、耐熱性等方面明顯優于目前市面上常用的普通聚烯烴熱熔膠。
3. 3 PU 內飾膠
汽車內飾是指汽車中控、頂棚、地板、門板等內飾件的粘接。溶劑型內飾膠因固化產生大量 VOC,嚴重危害人體健康和污染環境，因此，性能優良且更環保的高性能水性汽車內飾膠則成為必然趨勢。
李付亞等[18]采用丙酮法，并以聚醚二元醇（ N220） 、甲苯二異氰酸酯（ TDI-80） 、BDO 和二羥甲基丙酸（ DMPA） 等為原料，制備了 PU 預聚體； 然后以丙烯酸酯為改性劑合成出水性聚氨酯（ WPU） 乳液。結果表明，當丙烯酸酯單體質量分數為 25%、DMPA 質量分數為 3. 8% 時，可得到高性能的改性WPU 乳液。該 WPU 用作內飾膠對皮革 / 膠合板、皮革/鋁片和人造革/膠合板的 180°剝離強度分別達到 4. 5、2. 6 和 3. 1 N/mm,分別比未改性前提高了246% 、550% 和 287% ,可以滿足汽車內飾材料的粘接要求。
4 涂料
與溶劑型 PU 涂料相比，WPU 涂料的 VOC 可降低 70%.歐美車企逐步選用環保型水性汽車涂料已有 25 年歷史，德國已經基本實現汽車涂料水性化[19 -20].荷蘭 Akzo Nobel 涂料公司推出了 Durasoft系列雙組分 WPU 涂料，該產品采用德國 Bayer 公司的 Bayhydur 聚異氰酸酯作固化劑，具有極低的有害空氣污染物（ HAP） 及 VOC 值，已經被美國 Ford、GM、Daimler Chrysler 等車企選用。德國 Bayer 公司也已推出用于塑料表面的雙組分 WPU 涂料，該產品已應用于 Ford、BMW、Volkswagen 等汽車公司的內飾件涂裝，可增強內飾件柔軟觸感，具有附著力佳，環保性能優越的特點[21].
陳中華等[22]用含羥基丙烯酸樹脂 Bayhydrol AXP 2695 與異氰酸酯固化劑 Bayhydur XP 2655 制備雙組分水性 PU 汽車面漆，考察了樹脂、固化劑、nNCO/ nOH、顏填料體積濃度和助劑對涂膜性能的影響，以及涂料的適用期。結果表明，羥基丙烯酸樹脂Bayhydrol A XP 2695 和固化劑 Bayhydur XP 2655 配用，nNCO/ nOH為1. 4,顏填料體積分數為15%,潤濕分散劑 TG270 和 TG755 配 用，流 平 劑 TG700 和BYK380N 配用，可獲得綜合性能優異的涂膜，滿足汽車面漆的性能要求，涂料的適用期約為 4 h.
近年來，很多國外公司和研究機構如 Bayer、Akzo Nobel、BASF 等兼顧了環保性能好的水性涂料和成膜性能好、固化速度快的 UV 固化涂料的優點，在 UV 固化 WPU 涂料的技術研發上已獲得了較大的突破，開發了一系列商業化產品[23].
5 PU 革及皮革涂飾劑
PU 合成革與真皮相比，具有無味、手感柔軟、耐磨性好、撕裂強度高、成品色牢度好等優點。用 PU皮革涂飾劑涂覆后的皮革，具有光亮、豐滿、手感好、耐磨、不易斷裂等優點，克服了聚丙烯酸酯合成革熱粘冷脆的缺陷[24].
以水代替溶劑作為分散介質的 WPU 合成革可以與溶劑型 PU 相媲美，但是價格昂貴限制了其應用[25].目前，主要通過使用價格低廉的生物質、丙烯酸等替代部分原料制造 WPU 合成革，或通過引入環氧樹脂、納米粒子、聚碳酸酯等方法改性 WPU以形成綜合性能更優的復合 WPU 皮革涂飾劑來制造 PU 合成革。
蔣艷云[26]以聚碳酸-1,6-己二醇酯二醇（ PHM-CD1K、PHMCD2K） 、聚碳酸-1,5-戊二醇-1,6-己二醇酯二醇（ PHMPMCD2K） 、異佛爾酮二異氰酸酯（ IP-DI） 等為主要原料，合成了一系列羧酸鹽型的水性聚碳酸酯聚氨酯（ WPCU） ,并用胺化的方法在碳納米管（ CNTs） 的缺陷處接枝上活性基團，將其引入到WPCU 中進行摻雜改性。并探討 WPCU 作為皮革涂飾劑的使用性能。牛皮涂飾應用實驗顯示，用PHMPMCD2K 合成的聚氨酯涂飾的皮革的耐折牢度最佳，可達 15 萬次以上，其余產品仍可達 12 萬次以上。WPCU 涂膜的 Taber 砂輪耐磨性明顯高于一般聚酯的 PU 皮革涂飾劑，除 PHMPMCD2K 外，均可達50 圈以上，其中以加 CNTs 的聚氨酯耐磨性最佳； 所有產品的涂飾皮革的耐干、濕擦性能，均可達 4/3. 5級以上，且當 CNTs 質量分數為 0. 3% 時，合成的產品能夠穩定存在，耐熱性可提高 20 ℃左右，抗張強度可達 40. 16 MPa.
6 結束語
隨著我國汽車產業的轉型升級，化石能源的日益枯竭，工業污染的日益嚴重，全球各國政府、機構對環境保護法規的日益嚴格，汽車廠家會更加注重產品的品質、安全、成本和環保性。這必將促使汽車用聚氨酯材料朝著高性能、低成本、輕質化、安全和環境友好的方向發展。復合化、水性化、綠色、可再生、可回收和可降解將成為未來汽車用聚氨酯材料的發展主題[27 -29].
參考文獻：
1 彭正坤。 我國汽車產業市場結構、效率與盈利[D]. 上海： 華東理工大學，2014.
2 Bhattacharya A,Rawlins J W,Ray P. Polymer grafting andcrosslinking[M]. New York: John Wiley & Sons Inc,2009: 203.
3 李志峰，孫軍，于善平，等。 汽車座椅用軟質聚氨酯泡沫的進展[J]. 聚氨酯工業，2014,29（2） : 5 -8.
