安全氣囊是汽車的重要防護裝置，它在碰撞中通過快速充氣彈出氣囊，以在乘員與部件之間形成緩沖保護屏障，減輕乘員承受的二次碰撞力，達到保護乘員的目的。安全氣囊一般分布在轉向盤、乘客側儀表位置、立柱與頂棚搭接位置以及座椅側翼，對材料的韌性有著極高的要求。

　　

　　汽車發生碰撞時，為確保安全氣囊的囊袋在充氣后能順利彈出，需對氣囊罩蓋背面進行局部弱化并設計撕裂線。傳統的安全氣囊罩蓋在注射成型后易在撕裂線周圍形成縮痕，且光澤度不均勻，影響制品外觀，為此，需對其表面進行噴漆處理。目前使用的油漆大多為溶劑型油漆，生產過程對環境極不環保，且不利于總成的環境友好性達標。因此，市場上應運而生了一系列的環保材料，如水性油漆、免噴涂材料等。但使用水性油漆首先需要對基材進行氟化預處理，這道工序也會影響生態環境，而且成本相對較高。相比之下，免噴涂材料成為一種更有利的替代方案。

　　

　　免噴涂熱塑性彈性體簡介

　　

　　熱塑性彈性體（TPE）主要分為TPO、TPU和TPEE等，其化學鍵由不同的樹脂段和橡膠段構成，性能介于橡膠與樹脂之間。它既具備傳統交聯硫化橡膠的高性能、耐老化等優異特性，又具備普通塑料的加工方便、加工方式多的優點。目前用于制造安全氣囊罩蓋的主要是TPO熱塑性彈性體。

　　

　　用于安全氣囊罩蓋的免噴涂TPO和噴涂TPO的成分基本相同，但配方有所差異。通常，免噴涂TPO的流動性及其與色母的結合性要優于噴涂TPO，但制成品在耐磨性和外觀方面會有所欠缺。

　　

　　下面以轉向盤安全氣囊罩蓋為例，介紹免噴涂材料在安全氣囊罩蓋上的應用。

　　

　　轉向盤安全氣囊罩蓋的基本要求

　　

　　轉向盤安全氣囊罩蓋處于主駕駛位置，屬內飾外觀件，對外觀質量要求較高，如圖1所示。通常，在開發安全氣囊組件時，要確保氣囊在85 ℃、23 ℃和-35 ℃下爆破無異常，為此，需要在氣囊罩蓋背面設計撕裂線。由于撕裂線會帶來縮痕等表面質量問題，為改善外觀質量，傳統的方法是對成型后的安全氣囊罩蓋噴涂溶劑型油漆。此外，為了與儀表板等環境件相匹配，轉向盤安全氣囊罩蓋還必須滿足低光澤度要求。因此，為開發免噴涂轉向盤安全氣囊罩蓋，需要在材料選擇、結構設計和模具設計上進行特殊考慮，以確保滿足部件的功能性和外觀性要求。

　　

　　

　　

　　圖1 轉向盤安全氣囊罩蓋

　　

　　轉向盤安全氣囊罩蓋免噴涂材料選擇

　　

　　根據轉向盤安全氣囊罩蓋的應用要求，選擇了供應商A的#1免噴涂TPO、供應商B的#2免噴涂TPO和供應商B的#3噴涂TPO。

　　

　　首先對這3個牌號的基礎物性、機械性能進行了對比分析。在基礎物性方面，免噴涂TPO的流動性高于噴涂TPO，其他性能相當。在兩個免噴涂牌號中，#1樣品的流動性優于#2樣品，但邵氏硬度低于#2，其他性能相當。免噴涂牌號與噴涂牌號的對比表明，#1樣品的熱老化斷裂伸長率變化率明顯高于其他兩個牌號，其他性能相當。機械性能方面，#1樣品的剛度略低，韌性略好。機械性能方面，免噴涂TPO與噴涂TPO之間無明顯差異，這與不同供應商的配方有關。綜合對比3個牌號的基礎物性和機械性能，#1樣品的流動性和韌性最適用于制作免噴涂安全氣囊罩蓋。

　　

　　在外觀性能對比中，考慮到TPO材料本身較軟，采用了與部件實際狀態一致的樣板進行測試，即針對#1、#2兩個免噴涂牌號采用紋理樣板，針對#3噴涂牌號采用噴漆后的紋理樣板。結果表明，3個牌號均滿足了耐汗色牢度、光老化性標準要求，但在耐摩擦色牢度、耐刮擦性方面，兩個免噴涂牌號在干態介質下的褪色略差于噴涂牌號，其他狀態幾本相當。綜合對比，免噴涂材料的耐磨性略遜于噴涂材料。

　　

　　免噴涂轉向盤安全氣囊罩蓋的結構設計

　　

　　結構設計是開發免噴涂安全氣囊罩蓋的重要環節，結構設計的關鍵點涉及紋理、撕裂線、加強筋和鉸鏈等。與傳統的噴涂安全氣囊罩蓋相比，免噴涂安全氣囊罩蓋的紋理深度需更深，一般為80～100 μm，因為立體感較強的紋理方案更有利于改善部件成型后的外觀質量；撕裂線最好帶有緩坡過渡，避免尖角設計，要設R角，R角為0.5±0.2 mm；加強筋和鉸鏈的厚度要盡量接近部件大多數部位的厚度，不易太厚，筋條高度也不宜太深，以避免縮痕。另外，建議在部件A面設有一定的弧度，以確保更好的成型工藝性。

　　

　　免噴涂轉向盤安全氣囊罩蓋的模具設計

　　

　　模具設計也是開發免噴涂安全氣囊罩蓋的重要環節。與成型噴涂安全氣囊罩蓋的模具（以下簡稱噴涂模具）相比，成型免噴涂安全氣囊罩蓋的模具（以下簡稱免噴涂模具）通常需要剛度更高的模具鋼，且對加工精度、表面處理等有著更高的要求，模具的整體質量更高。免噴涂模具的排氣系統、冷卻系統要比噴涂模具的更精密，水路分布也比噴涂模具的更密集，每副模具有3組或更多的水路。根據模流分析，免噴涂模具的澆口為可控的針閥式澆口，大多設置在6點鐘和12點鐘的方向，具體的澆口位置和數量最終取決于部件的結構。由于免噴涂安全氣囊罩蓋需要與環境件相匹配，要求光澤度低，但TPO材料本身難以實現低光澤度，因此需要對模腔表面進行噴砂處理。

　　

　　除模具外，注射成型免噴涂安全氣囊罩蓋對注射機的控制精度和穩定性也提出了較高的要求。此外，還需配備模溫機，以確保模溫的精確性和穩定性，這對于提高部件的外觀質量、實現穩定的大批量生產至關重要。

　　

　　免噴涂轉向盤安全氣囊罩蓋的性能驗證

　　

　　為驗證免噴涂轉向盤安全氣囊罩蓋的外觀和關鍵功能性能，采用#1 TPO材料在現有的免噴涂模具上成型，并與采用#3 TPO材料在普通模具上成型的試制品對比。結果表明，#1免噴涂部件的外觀可接受，滿足標準要求。

　　

　　轉向盤安全氣囊罩蓋的關鍵功能性驗證包括-35℃的箱外靜態爆破試驗和鳴音按壓力試驗。靜態爆破試驗結果表明，免噴涂安全氣囊罩蓋和噴涂安全氣囊罩蓋均無傷害乘員安全的破裂變形、周圍功能件失效或囊袋破裂，滿足標準要求。鳴音按壓力試驗結果表明，免噴涂安全氣囊罩蓋和噴涂安全氣囊罩蓋鳴音按壓力分別為37.6 N和38.7 N，滿足標準要求。

　　

　　總成的氣味性驗證和VOC驗證采用的是袋子法測試，測試條件為200 L袋子、65 ℃/2 h，結果表明，免噴涂安全氣囊總成的氣味強度為2.7級，噴涂安全氣囊總成的氣味強度為2.9級，免噴涂安全氣囊總成的氣味性優于噴涂安全氣囊。VOC測試結果則顯示，免噴涂安全氣囊總成的甲醛、乙苯和二甲苯的揮發量均低于噴涂安全氣囊總成，其他物質揮發量相當，如圖2所示。

　　

　　

　　

　　圖2 免噴涂安全氣囊總成和噴涂安全氣囊總成的VOC測試結果

　　

　　免噴涂安全氣囊罩蓋與噴涂安全氣囊罩蓋的成本對比

　　

　　目前市場上主流的免噴涂TPO材料的價格約為33～36 元/kg，噴涂TPO材料的價格約為25～28元/kg，噴漆成本約為100～150元/m2。雖然免噴涂材料的單價高于噴涂材料，但綜合噴漆工序帶來的成本后，免噴涂的安全氣囊罩蓋可使單車成本下降約2～5元。

　　

　　結論

　　

　　綜上所述，免噴涂轉向盤安全氣囊罩蓋不僅環境友好的優勢明顯，而且還簡化了加工工序、節省了工時，降低了成本。開發免噴涂安全氣囊罩蓋時，需要在設計開發的前端充分考慮產品設計、造型設計和模具設計等方面的問題，以保證制品的良品率。免噴涂安全氣囊罩蓋符合汽車產業鏈的低碳理念、零件的綠色設計和降成本需求，相信未來幾年在汽車上會有廣闊的應用前景。