汽车用泡沫塑料及CFC替代技术发展趋势

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汽车用泡沫塑料及CFC替代技术发展趋势

                                   王力1，陈丽萍1，高俊武2
(1．第一汽车集团公司技术中心材料部，吉林长春13001； 2．一汽大众汽车股份有限公司，吉林长春130011)

摘 要：世界范围内环保法规的要求日趋严格，对汽车非金属材料生产和应用提出了巨大的挑战。本文就汽车用泡沫塑料的CFC替代技术发展趋势和要求、氟里昂发泡剂的替代技术做了论述，为我国汽车相关行业的发泡剂的研究发展途径提出了可借鉴的意见。CFC替代技术在我国具有广阔的应用和发展前景。

关键词：汽车；泡沫塑料；替代剂

1 汽车工业发达国家聚氨酯材料技术应用情况
据统计，2000年全世界聚氨酯的产量已达到880万吨，预计2002年可达到1000万吨。其中软泡、硬泡、弹性体所占的比例为40％、30％、10％，其余的为涂料等。估计汽车工业聚氨酯的用量占聚氨酯总产量的10％。预计未来数年内，世界聚氨酯材料工业有如下发展趋势。
a．原料生产的特大规模化。少数几家大跨国公司(如BASF、BAYER、HUNTSMAN、DUPONT)几乎对异氰酸、聚醚多元醇等聚氨酯基本原料的生产先进技术形成了垄断，单厂生产能力都在年产10万吨以上。
b.聚氨酯生产技术向适应环保、安全卫生和资源回收等方向发展。
技术发展的重要方向是，替代破坏臭氧层的聚氨酯发泡剂(CFC等)，降低组分中挥发性有机化合物的含量(VOC)，降低组分中有害物质成分(TDI)。
世界汽车工业发达国家在替代CFC等方面已经完成了大量的工作，如日本为了响应《蒙特利尔议定书》界定的义务，于1995年底已停止生产CFCs物质。为了履行蒙特利尔保护臭氧层国际公约，欧洲发达国家已于1995年1月1日停止使用CFCs作为发泡剂，对于CFCs的替代物质HCFC也制定了严格的计划。新的法规EC2037／2000对HCFCs要求如下：
2000年10月1日起自结皮产品停止使用；
2003年1月1日起f-f叠层板、三明治板等停止使用；
2004年1月1日起发泡块、喷涂、PIR和绝热材料停止使用；
1995年起家具和非绝热硬泡停止使用。
为此，汽车工业的替代战略如下。
聚氨酯发泡塑料经历了从最初使用氟里昂发泡剂，到使用氟里昂的替代品HCFC，到最后使用对大气臭氧层没有破坏作用的物质的过程。尽管世界各国都做出了巨大努力，但由于技术和经济方面的原因，实现CFC完全替代仍将是一个漫长的过程。
保护臭氧层物质的替代技术比较典型的方案如图1。



日本的硬泡生产企业采用水+二氯甲烷作为发泡剂，与CFC-11相比其费用更低，不需要设备改造。
欧洲正在开发一种全新的液态二氧化碳发泡技术，其优点是经济，消耗较少的异氢酸酯，不消耗臭氧层和无污染的无CFC技术，泡沫柔软，泡沫密度低，与聚氨酯亲和性好，耐疲劳，可直接加到混合头内，使用方便，可在织物内直接发泡。

2 我国汽车工业泡沫塑料应用状况
近年来我国聚氨酯工业以高速度发展，80年代初全国仅能生产聚氨酯原材料0．7万吨，90年代初产量达到5．3万吨，而聚氨酯制成品的产量从1991年的15万吨发展到2000年92万吨。聚氨酯的生产已具备相当的规模，但与发达国家相比仍有很大的差距。在上海、南京及烟台等地已有国际著名大公司(如拜耳、巴斯夫)投资建厂，估计到2005年以后，聚氨酯原材料将以国产为主。
汽车泡沫塑料制品和空调生产中大量使用消耗臭氧层的物质，主要包括氟氯化碳(CFC-11、CFC-12、CFC-113)、甲基氯仿等，根据中国政府的环保要求，到2010年底前要全部停止使用这些物质。
这些汽车泡沫塑料制品包括方向盘、座椅垫、遮阳板、内饰防护板、仪表板、顶棚等。到目前为止，为一汽大众、上海大众和神龙富康等引进车型配套的大部分国内厂家生产的模塑发泡座垫、靠背等已采用水基发泡剂或复合使用二氯甲烷，而自结皮方向盘、扶手、变速杆把手和车门喷涂聚氨酯等产品，还有一部分厂家使用氟里昂做发泡剂。对这些厂家，要从整车生产厂开始，在有关聚氨酯产品的技术标准制定中，明确规定禁止使用消耗臭氧层的物质，抓紧开展CFCs的替代工作，以满足环保法规的要求。
在2005年前完成PS／PE挤出泡沫和垂直／水平泡沫工艺中使用的ODS(破坏臭氧层物质的总称)替代，在2007年前完成PU板材、管材泡沫工艺中使用的ODS替代，最终在2010年前实现PU喷涂和箱式工艺中使用的ODS替代。聚氨酯软泡材料的替代生产将采取二氯甲烷(或二氯甲烷结合快速熟化法)或CO2法；聚氨酯箱式软泡材料的替代生产将采用二氯甲烷、快速冷却和控制环境发泡技术，聚氨酯硬质材料的替代生产将采取戊烷法、CO2法和HCFC-141b法，聚氨酯半硬质材料的替代生产将采取全水法、HCFC-141b法。PS／PE挤出发泡材料的替代生产将采取丁烷法、CO2／丁烷法和CO2法，也有用142b作为聚烯烃发泡材料的发泡剂。
发泡剂氟里昂的替代产品一般有14lb、水、水加戊烷和CO2等，汽车空调行业2002年已采用HFC-134a替代CFC-12做制冷剂。由于HFC-134a的替代是与HFC-134a的生产及其合成冷冻润滑油、尼龙衬胶管的配套供应密切相关的，而且目前这些产品国内只有少量商业化供应，同时HFC-134a还具有高的GWP(地球温室效应)值并将受到有关国际公约的控制，所以，国内汽车空调行业将根据淘汰过程的具体情况，跟踪国外相关技术路线的发展动态，必要时调整淘汰技术路线。
国内的科研机构和企业正在研究、开发各种替代品的生产技术，建设替代品的生产设施，已有CFC-141b、HFC-152a、HCF-134a和环戊烷等的小批量生产能力。CO2发泡技术刚起步，必须加快发泡剂替代技术的开发进程。
我国在废旧聚氨酯泡沫塑料制品和边角废料的回收方面，技术仍很落后，仅仅是将回收料做简单的物理粉碎用做填料的一种方法，而国外已建成了从废旧泡沫回收多元醇的装置。

3 汽车工业发达国家在相关领域的未来技术发展要求
目前世界各国采用的各种CFC替代品也并不是一个完整的方案，要根据不同的产品和生产条件，选择适合本国要求的替代方案。到2040年，各种含卤素的替代品也将被停止使用。
戊烷类发泡剂在使用时要注意其与泡沫材料的相溶性、发气量、挥发点和生产现场的防爆。戊烷发泡剂易燃易爆，储存困难。
CO2发泡剂使用时要注意温度一定要低于31℃，否则无论多高的压力CO2均不能液化。
用水做发泡剂，要求计量精度很高，因此采用计算机控制的柱塞泵，保证混合比。水的含量对泡沫制品的质量有很大的影响。汽车零部件生产中使用的气雾剂如自喷型罐装脱模剂也要逐步实现CFCs的替代。国际社会对保护臭氧层和防止温室效应的要求如下。
a.禁用期限不断提前。发达国家从原来的2000年12月提前到1995年12月。
b.禁用物质的种类不断扩大，从原来规定的CFCs和哈龙物质，逐步扩大到HCFCs物质。如瑞士、意大利规定2000年禁用HCFCs物质，瑞典、加拿大规定到2010年禁用，欧共体规定到2015年禁用。美国规定2003年禁用HCFC-141b，2020年禁用HCFC-22和HCFC-142b。对发展中国家，按逐步削减CFCs类物质的要求，到2010年禁用CFCs类物质，2040年禁用HCFCs物质。
c.自结皮发泡制品的研发方向是注重低气味、低结雾性材料的开发研究；改善制品的耐磨性；缩短脱模时间；模内涂装工艺；发泡剂的替代研究。
d．对空调制冷行业来说，主要是提高设备节能效率，减少CO2的排放量；尽可能减少制冷设备使用和销毁时制冷剂的排放量或泄漏量，并加强制冷剂的回收利用。开发绿色环保制冷剂的潜在替代物，合成的有HFCs，天然的有NH3、CO2、水和碳氢化合物等。CFC-12的替代品主要为HFC-134a，但在蒸发温度低于-23℃时制冷效能低。还有其他种类的替代物如R502、R407、R404等，今后应大力推广天然制冷剂。

Development of Automobile Used Foam and CFC Alternative Technology
WANG Li1, CHEN Li-ping1, GAO Jun-wu2
(1. Department of Materials, Technology Center, Changchun Jilin 130011, China; 2. FAW Volkswagen Co. Ltd., Changchun Jilin 130011, China)
Abstract: To meet strict demand of environment protection gives a challenge to automotive nonmetal materials production and application. In this paper the development and requirement of automobile used foam and CFC alternative technology and Freon vesicant alternative technology are discussed. Some suggestion about domestic automobile used vesicant kind and research development is proposed. CFC alternative technology has long potential application and development prospects.
Key words: automobile; foam; substitute
《汽车工艺与材料》2002/05

minmin0505

这个我们倒是经常用，单面贴胶

gdsspt506

不错~顶顶~~~~~