Various Integrative Idiographic 本期主题：
汽车内饰材料的安全性能
内容提要：很多人认为内饰与汽车性能关系不大，所以就把注意力放在了色彩是否宜人、手感是否舒适等方面。实际上，汽车内饰材料在汽车安全方面起重要作用，才会有相应的标准规定其阻燃等性能。而另一个重要的功能尚未建立相应的标准，就是本文要讨论的吸能作用。
汽车发生碰撞时，车内人员很可能会与内饰材料相碰，如果内饰材料具有吸能特性，就能有效减轻人员伤害。也许您认为柔软的或者弹性大材料能减轻伤害，但研究结果表明是错误的。那么，什么样的材料具备这样的性质呢？
目 录
“内饰吸能”的基本知识介绍 内饰材料如何保护人体
对于内饰材料“吸能性”的研究
“内饰吸能”的基本知识介绍
“内饰吸能”的概念
什么是“吸能”？我们在中学物理都学过，能量可以等效为力所做的功。用公式表示功W=FS，其中W表示功，F表示力，S是在力的方向上移动的距离。发生碰撞时产生了碰撞力，这个力使被碰撞的物体发生变形，相当于在力的方向上移动了距离。这样就消耗了碰撞的能量，换句话说就是“吸能”。每一种材料都有变形时能承受的力，人体组织也不例外。如果没有其他保护措施，人体就是吸能对象，他能承受的F是有限的，如果碰撞的能量很大，造成的移动距离S就很大，人就受伤了。
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Various Integrative Idiographic 人体受伤的前因后果
通常情况下，碰撞过程所产生的力和能量都是以内饰件为介质传递到人体的，所以内饰件的结构和材料性能将直接影响人体受伤的严重程度。
要保护乘员就要研究人体不受伤所能承受的力。人体各部分能承受的力不尽相同，可以通过实验的方法确定。然后要研究内饰材料能承受的力。内饰材料与人体接触，存在大小相等的作用力和反作用力，人体受的力是内饰材料施加的，它所能承受的力要比人体不受伤所承受的力要小，才能有效保护人体。
关于内饰材料的选择
如上文所说，理想的内饰材料应该有两个指标，一个是它吸能的能力，一个是它所能承受的力。从上面的公式看，F小吸能的效果就差，这就是柔软的材料吸能效果不好的原因。同理，S小吸能的效果也不好，所以不变形的材料也不能吸能。有些材料承受的力随着变形量的增加而增加，这些材料是不适合的，因为它不能在碰撞的全过程中保护乘员。有些材料虽然满足力和变形的要求，但是它的反弹力很大，吸能的能力很差，也不适合做内饰。
考察材料的吸能能力要看材料的受力变形（正过程）和碰撞力消失后恢复原来形状（反过程）这两个过程。如果规定碰撞受力过程做的功为正，那么恢复原来形状的过程做的功就是负功，因为此时力F的方向相反了。正、反过程做功的代数和代表材料的吸能效果。如果材料在反过程中会对人体施加较大的反弹力，这种材料的吸能性就差，不适合作为内饰材料。
总的来讲，理想的内饰材料应该承受比致人伤害略小的力，受力后产生合理的变形，在变形过程中承受的力大致不变，然后能恢复至原来的形状，在这个过程中吸收能量。科学家对塑料海绵、泡沫塑料、蜂窝铝板、蜂窝纸板、玻璃纤维、橡胶制品等材料进行了试验，结果表明蜂窝纸板对人体胸部保护有较好的性能，适合做轿车前排座位背面、车门内壁的材料。而顶棚的材料应选择与人的头部相配的材料，也要经过试验和研究。要详细了解一种材料的性能，可以查看该材料的特性曲线。在材料的特性图中，横坐标表示变形量，单位毫米（mm）；纵坐标表示力，单位千牛顿（KN）；用实线表示正过程，虚线表示反过程，实线与虚线之间的面积代表全过程中消耗的能量。
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内饰材料如何保护人体
内饰材料的硬度
内饰材料的硬度对于其吸能性而言，其对内饰吸能性的影响比较微妙。材料过硬会造成材料发生断裂和破坏的力增大，这样使得有更大的破坏力被施加在人体上，会对人体造成更大的伤害，即材料的硬度与其吸能性不成正比。但是如果内饰材料的硬度较小，会使得内饰件在车辆发生碰撞时迅速被破坏，这样人体就直接与内饰件前端的金属部件相撞，内饰件没有（或者较低的）实现对于碰撞力的吸收和分解。
因此，理想的内饰件材料应该是硬度和弹性相当的材料。然而由于塑性材料不具备回弹性，即内饰材料不能具有像钢等金属一样的回弹力，所以吸能性较好的理想内饰件材料应该像一个不能回弹的弹簧。
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内饰材料的厚度
车身件的板材不是厚度越大越安全，内饰材料的理论与之相似，同样并非是越厚越安全。因为厚度较大，材料相对于自身而言的硬度越大，安全性能也越差；厚度较小相对不能实现对于乘员的保护。因此对于内饰材料厚度的而言，要在考虑材料性能和内饰设计结构的基础上，进行折中或是有相对倾向的选择。
内饰材料如何实现对人体的保护
考虑到材料的工艺性，内饰材料对于吸能的实现一般需要考虑结合内饰件的设计结构和材料自身的性能。即内饰件的性能是由材料吸能、结构吸能和其它方式吸能共同实现的。就本文所讨论的内饰材料吸能性而言，同样是由内饰基材（PP、ABS等）和内饰填充料共同实现的。
对于内饰材料防碰撞性质的研究
防碰撞的内饰基材
内饰材料吸能性的增强可通过对其改性来实现。关于内饰材料在吸能方面的改性，一般是通过增加弹性体，从而增强其弹性强度的方法来实现，不同的弹性体将会使内饰基材产生不同程度的改性。
常用的弹性体为POE（乙辛橡胶）、EPDM（三元乙丙橡胶）和EPR（二元乙丙橡胶）等，不同的弹性体对于内饰基材具有不同的改性情况。详见下表：
弹性体含量 10％ 弹性体含量 20％
拉伸强度MPa
断裂伸长率 ％
缺口冲击强度 KJ/M2
23.5 20 10 21 45 25 PP加入EPDM的改性情况
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弹性体含量 10％ 弹性体含量 20％
拉伸强度 MPa
断裂伸长率 ％
缺口冲击强度 KJ/M2
23.5 20 10 21 45 27 PP加入POE的改性情况
防碰撞的内饰填充料
为了缓减二次碰撞对人体的伤害程度，对于汽车内饰的材料必须能够大变形，而且也塑料变形为主；因受汽车内部空间的，材料的使用又不能太厚。众多科技人员曾从现有的工业产品中选择塑料海绵、泡沫塑料、蜂窝铝板和蜂窝纸板等四种材料进行了比较研究，结果表明：
1、塑料海绵刚度不够，而且碰撞速度越高，其弹性特性越好。换言之，塑料海绵在这种工况吓不能吸收很多能量，即使是刚度较大的塑料海绵，至多也只能在低速碰撞时应用，而低速碰撞时人体保护的意义不大。
2、泡沫塑料目前常用于物品减震。其刚度较大，而且基本上不发生弹性变形，可惜他的塑性变形量不够大，因此对人体的保护作用不明显。以碰撞速度为3.2km/h的假人试验为例，加与不加泡沫塑料的假人受伤程度相同。
3、蜂窝铝板有良好的吸能特性，基本上不发生弹性变形，制造喝使用都很方便。然而并不适于用来吸收人体的碰撞能量。其根本原因是铝的材料特性无法与人体的材料特性相匹配。
4、蜂窝纸板从未被考虑用于吸收人体碰撞的能量。根据初步试验分析，它有可能作为保护人体的吸能材料。因此，着重对它的材料特性与其人体特性的匹配问题进行试验研究。
吸收人体碰撞能量的理想材料特性
针对成员二次碰撞的特点（车内空间有限，人体总会受到一些轻微损伤），一般除了上述四种材料外，玻璃纤维、橡胶制品、充有各种气体的气垫等多种材料都被考虑过用来吸收人体碰撞的能量。在汽车碰撞的特定条件下，他们由于各种原因均被淘汰，但人们所做的大量工作还是有益的。
如相关的试验标准所示：把简明伤害指数值小于3.5作为约束条件。同时，人体形状复杂，各个部位的材料力学性质也各有诧异，通常以容易受伤的胸
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Various Integrative Idiographic 部作为考察的具体对象。家用汽车碰撞速度为24km/h，乘员质量为45kg，车内允许理想材料的厚度为12.5cm。试验结果，其理想变形曲线近视于一个平行四边形。（本理论摘自《车辆人机工程学》 作者：周一鸣 毛恩荣）
附：轿车顶棚内饰的保护作用
轿车顶棚的结构通常由蒙皮和衬垫组成，衬垫是指车内顶棚内饰件。 顶棚内饰的功能除了要体现车厢内的造型设计，与外界的隔热、隔音和吸音外，还有对乘员头部的保护。因此，顶棚内饰是很有讲究的。
不变形的材料不能吸能，承受的力随着变形量的增加而增加的些材料也不能在碰撞的全过程中保护乘员。有些材料虽然满足力和变形的要求，但是它的反弹力很大，吸能的能力很差，也不适合做内饰。人体各部分有不同的伤害指标，因此轿车内部与人体接触部位不同的地方要采用不同的内饰材料。顶棚的材料应选择与人的头部相配的材料，要经过试验和研究来确定。
为了满足顶棚的隔热、隔音、吸音及触感、安全和低成本的需要，内饰一般用“泡沫塑料”或者毛毡，用粘接或镶嵌的方法安装在车顶上。以硬顶轿车为例，一般用热压成形法把饰面、泡沫层和基底三层材料复合在一起成为一定形状的构件，用粘接或镶嵌的方法安装在车顶上。其中饰面材料主要采用织物、
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Various Integrative Idiographic TPO或PVC膜。泡沫层多用硬质聚氨脂泡沫塑料板。基底多采用PU发泡片材、PP发泡片材、浸渍树脂的再生棉或玻璃纤维。这些材料的选用应能保证乘员头部与顶棚碰撞时有效地保护人体。目前最新的顶棚材料是PP瓦楞板，加上PP发泡片材（缓冲层）再加上TPO表面层三者压成一体组成。
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