汽车座椅泡沫硬度的研究-精品资料
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摘要：主要介绍了汽车座椅泡沫硬度的控制方法和泡沫硬度的测试方法。
关键词：座椅泡沫硬度
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汽车是我们日常生活中重要的交通工具，与人体接触最多的部分为汽车座椅。汽车座椅的作用为：支撑定位、提供操作便利性、安全性和舒适性。
本文主要介绍汽车座椅的舒适性，影响座椅舒适性的有：产品造型、面罩、泡沫密度、泡沫回弹性、泡沫硬度。当座椅的造型设计成型以后，更多的是通过调整泡沫硬度来满足顾客对座椅舒适性的要求。
泡沫硬度的控制方法
汽车座椅使用的泡沫为开孔型软质高发泡PU（聚氨酯）冷熟化高回弹模塑泡沫。其硬度的控制可以从两
个方面进行控制：化学方法、物理方法。
2.1 化学方法
聚氨酯泡沫配方中包含：高活性基础聚醚、聚合物多元醇、水、扩链剂（例如，二乙醇胺）、胺催化剂、有机硅表面活性剂（俗称“硅酮”）、异氰酸酯。
其中跟泡沫硬度息息相关的组份有：聚合物多元醇、水、扩链剂、异氰酸酯，当这几个组份含量高时泡沫越硬，但是当超过一个范围以后泡沫产品会变脆，其他物理性能下降。
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聚氨酯泡沫的配方设计在满足工艺和设备条件下可以对泡沫的硬度进行适当的调整，但是不能以牺牲泡沫其他性能为前提。尤其是泡沫的硬度性能会影响产品的永久压缩变形特性（俗称塌陷）。
2.2 物理方法
当一个配方确定以后要想生产出不同的泡沫硬度，还有一个方法就是增加泡沫的密度。使用这个方法生产的产品不但其他物理性能有利好趋势，并且产品的舒适性也会很好。比如同样一个产品，当密度为50kg/m3和70kg/m3硬度相同时，通常情况下密度大的舒适性更好一些。
2.3 实际控制方法
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在实际生产中泡沫产品的硬度控制是通过化学、物理两种方法共同实施的，有的发泡设备为1ISO3POL的，在注料过程中配方的可调整性非常强；有的发泡设备为2ISO2POL的，在注料过程中只能调整POL和ISO的比例。
由于设备的不同导致在生产过程中调整泡沫硬度的思路也不同，一般来说当一个配方稳定以后要想改变产品的硬度有两个因素：调整硬度、调整POL和ISO的比例。
当要增加产品硬度时可以操作的是：增加密度、比例不变；密度不变、ISO比例增加；密度增加、ISO比例增加。当要减小产品硬度时可以操作的是：减小密度、比例不变；密度不变，ISO比例减小；密度减小、ISO比例减小。
3 、泡沫硬度的测试方法
以上介绍的是泡沫硬度的控制方法，这些都是大方向，但是当具体到增加或减小硬度到具体的数值时就要认真对待了。虽然泡沫的软硬是个比较主观的指标，但是对于实际操作的工程师而言需要数据支持的。
本文将介绍行业内测试硬度的三种方法：标准样块测试法、泡沫制品测试法、座椅成品测试法。
泡沫硬度测试的标准都是源自于GB/T 10807-2006软质泡沫聚合材料硬度的测定（压陷法），对于其
中的条件进行了补充和明确。
3.1设备的准备
对于测试硬度的设备条件如下：
试验机的压头能垂直支撑表面方向匀速运动，运动速度为100mm/min±20mm/min；试验机的测力精度为±1%或±1N，或更高的精度；应能测量载荷下试样厚度精度为±0.25mm；试验机还应具有在规定的时间内，保持规定压陷变形量，精度为±0.25mm。
泡沫硬度测试的支撑板或托架为刚性材料，表面应光滑、平整，并大于试样，支撑板具有直径约6mm的多个孔，孔间距20mm，以便在试验过程中产生的气体的排出。
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压头表面光滑，但不需抛光，采用防止垂直运动的球型连接件进行装配或其他适宜方法。
3.2 试验准备
除非在试验程序中另有规定，试验应在GB/T 2918-1998中23/50标准环境，即温度为23℃±2℃及相对湿度为50%±10%的空气中进行。
所有试验样品应自生产起在自然条件下放置72h后进行，样品在试验之前应在标准试验条件下，经过不少于16h的状态调节，且样品未发生变形和扭曲。奔驰c级新车型
每次试验，应不少于3个试样。记录3次试验的算术平均值。每一个试样的试验结果应满足本标准所提出的要求数值。
3.3标准样块测试法
将400mm*400mm*100mm的标准样块按3.2的规定调节后立即进行试验。把样块放在支撑板表面上，使样块中心位置，置于直径为2000+3mm，底部边缘倒圆半径为1.00+0.5mm的压头下方，一侧有凹的样块应使有凹的一侧向支撑板。使压头缓慢下降，在样块表面施加5-20N的力。压头以100mm/min的速
度压陷样块，压入样块厚度的（70±2.5）%后，再以同样的速度卸载。重复加载和卸载两次，然后按照以下方法进行试验。
进行三次预压后立即进行：压入样块厚度（25±1）%；保持此形变（30±1）s；测量力值；增加压力，压入样块厚度（40±1）%；保持此形变（30±1）s；测量力值；增加压力，压入样块厚度（65±1）%；保持此形变（30±1）s；测量力值。
采用泡沫样块，按此方法测得的结果称为压陷硬度特性。
3.4泡沫制品测试法
按3.2的规定调节后立即进行试验。压陷硬度应在整个泡沫制品上进行试验，用于进行压陷硬度试验的泡沫制品由与产品匹配的刚性支撑板支撑，支撑板须填满泡沫底面（B面）上明显的凹陷处，支撑板支撑的泡沫的测试面应与水平位置的试验机基座保持平行，用于支撑的刚性支撑板的最小尺寸应为380mm×380mm。
压陷硬度的测试位置在零件图样上标明，并在泡沫制品的上表面明确指出。为了更好的对泡沫制品进行测试需要准备直径为750+1mm、1100+1.5mm、2000+3mm，底部边缘倒圆半径为1.00+0.5mm的三种规格型号的压头。
750+1mm规格的压头适用范围：坐垫两侧、靠背两侧、头枕、扶手；1100+1.5mm规格的压头适用范围：当泡沫制品中间位置不足2000+3mm压头测试时；2000+3mm规格的压头适用范围：泡沫制品中间位置。
使压头缓慢下降，在泡沫制品表面施加5-20N的力。压头以100mm/min的速度压陷泡沫制品，压入泡沫制品厚度的（70±2.5）%后，再以同样的速度卸载。重复加载和卸载两次，然后按照方法A进行试验。
说明：泡沫制品硬度测试区域厚度在零件图样上标明，原则上测试区域要在一个厚度均匀的位置，避免出现超过
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10mm厚度差的情况。头枕、扶手由于带有头枕杆和骨架，厚
度的规定以整体厚度减掉头枕杆直径、骨架直径后的70%为准（如：头枕整体厚度为100mm，枕杆直径为10mm，则定义头枕厚度为63mm）。
进行三次预压后，立即压陷泡沫制品，压入制品厚度（40±1）%，保持（30±1）s，记录相应的力（N），然后卸载。
按此方法测得的结果为压陷硬度指数。
3.5座椅成品测试法
使用SAE95%人体模型假背、假臀对座椅产品进行测试，将座椅产品按照装车角度安装在检具上进行测试，座椅角度调节到设计（或者乘坐）状态时，将假背、假臀分别放置到最后最下位置，且保证与座椅的贴合面积最大。
在座椅表面施加18N-20N力时，假背、假臀以
100mm/min速度下压，下降至30mm±1mm时，保持形变
（30±1）s，记录相应的力（N）。
当假背、假臀返回到下压前状态时，等待2min，重复以上操作（不再重复施加18N-20N力）三次。
这样同一个样件进行4次试验并记录数据。
将测试完的座椅放回恒温恒湿环境24h以上重复以上试验至少3次，将试验结果分别进行对比得出结论。
4、结束语
泡沫硬度对于座椅的舒适性有很重要的影响，以上介绍了汽车座椅泡沫硬度调整和测量的一些情况，但还不够完善，需对汽车座椅泡沫硬度的研究应进一步深入。
参考文献：
GB/T 10807-2006 软质泡沫聚合材料硬度的测定（压陷法）（ISO 2439:1997，IDT）
QC/T 850-2011 乘用车座椅用聚氨酯泡沫
GB/T 2918-1998 塑料试样状态调节和试验的标准环境（ISO 291:1997，IDT）