复合材料在国外重型汽车制件上的应用

作者：中国重汽集团公司

欢迎访问e展厅 展厅 4 汽车与公路设备展厅 乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ... 由片状模塑料(SMC)制作的零部件 片状模塑料(SMC)是一种干法制造不饱和聚酯玻璃钢制品的模塑料。20世纪60年代初，这种塑料首次在欧洲出现，之后美国和日本相继发展了这种塑料材料的加工工艺。大约在20世纪60年代末，全球对SMC的需求量就已初具规模，此后每年以20%~25%的速度增长。SMC的主要优点是： ● 与金属相比，其电气性能优越，具有耐腐蚀、耐介质的特性，且价格较低，工程设计灵活。 ● 与增强热塑性塑料相比，该材料具有制品不易变形、机械性能和热变形温度较高、耐化学药品腐蚀等特点。 ● 与手糊和喷射玻璃钢相比，该材料在成型周期、工作环境、制品外观等方面表现尤佳。 目前，SMC被广泛应用于运输车辆、建筑、电子、电器等行业中。为了促进SMC等复合材料在汽车上的应用，国外成立了“汽车复合材料大联盟(ACA)”。该联盟拥有25家包括模具、工具制造和原料生产在内的供应商，他们能够为汽车工业提供复合材料产品。 塑料膨胀水箱 膨胀水箱是一个要求较高的功能件，既要适应发动机冷却系统的高温要求，又要经受外界气候的考验，因此要求其在-40℃~120℃之间性能稳定，同时还应承受箱体内过压达100kPa、欠压达4kPa的考验。 目前在瑞典VOLVO重型卡车、德国MAN客车和日本日野卡车上均装配有塑料膨胀水箱。其中，VOLVO膨胀水箱由于采用了半透明聚丙烯(PP)制造，使得绿色防冻液水位一目了然。其箱体是由上下两个带法兰的注塑件焊接而成，在箱体内部有一些隔板，从而提高了箱体的整体强度，改善了其应用功能。这种塑料膨胀水箱被安装于驾驶室下部的固定架上，采用螺钉紧固。 MAN膨胀水箱采用黑色塑料制造，材料为20%玻璃纤维增强PP（VESTOLEN P9503）。该水箱是通过吹塑成型，中间利用加强筋将膨胀水箱分隔成8个水室，从而使水箱的强度得到提高，也有利于散热。该水箱的平均壁厚为3~4mm，最小壁厚为2.5mm。为了节省空间，该膨胀水箱被做成扁平状，其长、宽、厚分别为94cm、38cm、8cm。 日野膨胀水箱也采用黑色塑料制造，它由两块带法兰盘的注塑件焊接而成。水箱的液面观察孔为上下两个，分别处于允许的最高水位和最低水位处。观察孔是利用透明塑料将其与箱体焊接在一起，孔内装有红色浮珠，利用球的浮起和落下即可判断液面高低。该水箱的安装方式是，先用金属带捆绑后再将其安装于驾驶室后部的固定架上。 与VOLVO、MAN及日野的膨胀水箱相比，国产膨胀水箱存在的主要问题是：制品粗糙，表面不平整，存在不规则的细线。造成这一问题的主要原因是模具表面粗糙；各接口焊接部位有错位、不平现象，存在脱焊隐患，其原因主要是焊接方法不当；材料质感及透明度与国外零件相比还明显不足；壁厚均匀性、加液口及盖的加工精度有待进一步提高。 通常，采用吹塑工艺生产的膨胀水箱一般都需要进行附件的焊接。在有关资料中可以查出其焊接强度要求，例如：当在附件焊接面的垂直方向施加980N的力时不应产生开裂；当在焊接面方向施加9.8N•m的扭矩时也不应产生开裂。 挡泥板 挡泥板也被称为翼子板，一般被安装于汽车车轮的上部，其所处的工作环境通常比较恶劣，不仅经常发生碰撞和振动，而且还经常受阳光、冷热、雨雪、泥沙等自然条件的侵害。正因如此，过去挡泥板所用的材料一般是聚氨酯，这类材料虽然性能优异，但价格高，且为热固性材料，不能回收利用。目前，VOLVO采用PP-T20＋EPDM材料来生产挡泥板，并在挡泥板的内表面安装了防石击垫，这样既可保护挡泥板，又可降低石击噪音。类似的应用在日本三菱载重车上也可见到。 PP-T20＋EPDM材料主要由共聚物聚丙烯+约20%滑石粉+三元乙丙橡胶制成。三元乙丙橡胶的添加提高了制品的韧性和耐大气老化的能力。该材料弹性好，耐老化，成本较低，可以回收，利于环保。该材料制成的简支梁缺口冲击强度(23℃)≥8kJ/㎡，杨氏模量≥1700MPa，可在100℃条件下长期耐老化。 风扇护罩 风扇护罩位于发动机冷却风扇周围，起风向导流和保护作用。VOLVO风扇护罩采用PP生产，该材料制成的简支梁缺口冲击强度(23℃)≥4kJ/㎡，杨氏模量≥2000MPa，可长期在较高温度下使用。 空气滤清器外壳 一般情况下，空气滤清器的外壳是采用金属板焊接加工而成，成型工序多，需要磷化、涂漆等防腐处理，还存在焊缝漏灰的隐患。为解决这些问题，VOLVO空气滤清器的外壳采用黑色PP塑料吹塑成型，其加工工艺简单，不需喷漆，制品不仅重量较轻，而且永不锈蚀。采用PP吹塑成型的空气滤清器外壳采用预埋金属件进行安装，预埋金属件与吹塑壳体通过热焊接连成一体，焊接部位结构独特，既有面的焊接，又有铆接。滤芯被置于中间，采用钢网固定。滤芯放好后，利用螺栓将塑料盖固定到塑料壳体上，盖和壳体之间有橡胶圈进行密封。 遮阳罩 目前，国产重型汽车基本都采用室内遮阳板或遮阳帘，其缺点是面积小、遮阳效果不佳，容易造成驾驶员眼睛疲劳。而国外生产的重型汽车，尤其是长途运输车和集装箱运输车，如VOLVO、STEYR、SCANIA、MAN等均采用了外装遮阳罩。此件被安装于驾驶室前风挡玻璃上方，长约2100mm，高约300mm，采用有机玻璃（PMMA）塑料板热压成型，颜色有墨绿、咖啡、烟色等。其优点是既遮阳，又透光，能彻底滤掉有害紫外线，而且前方视野清晰。加装了外遮阳罩后，驾驶室内光线柔和，且由于导流作用，使行车风阻减小。 目前国产的遮阳罩在安装和使用时经常发生碎裂和变形现象，究其原因，主要是材料的耐冲击性和耐热性较差，这从对国产件和进口件的检测数据上也可以得到证实。通常国产件的悬壁梁冲击强度为10kJ/㎡，耐热变形温度为90℃，而进口件的悬壁梁冲击强度为12kJ/㎡，耐热变形温度为110℃，因此希望有关厂家积极研制出耐冲击性能好的材料。 前脸格栅及仪表板 塑料合金是具有塑料特性的高分子多组份体系，它包括共聚物（嵌段共聚物如ABS、接枝共聚物如PPO与PS接枝共聚物）和共混物（物理共混物、化学共混物等）。一般情况下，单一聚合物的性能有限，而塑料合金则可改善其不足，因此应用更加广泛。例如，单一的PS冲击性能差，易开裂，而添加了丙烯烃和丁二烯的PS，即ABS的冲击性能被显著提高。另外，PPO的加工性能较差，与PS接枝共聚后，克服了此缺陷。 对于安装在驾驶室前部的汽车前脸格栅而言，通常要求其既美观，又具有耐热、耐冲击的性能。为此，VOLVO采用了PC＋PBT GF20材料，利用注塑工艺生产此类零件。该材料的密度为1.2g/m³左右，拉伸强度可达57MPa（与SMC相当），伸长率达80%以上，弯曲强度达65MPa以上，在1.8MPa载荷下其热变形温度可达135℃ 。 对于仪表板而言，通常要求其能耐110℃的高温，这是单一ABS材料难以达到的，因此，MAN采用了ABS＋PC材料来生产仪表板。通过在ABS中添加耐热和抗冲击性能优异的PC，既可满足110℃的高温要求，又使其抗冲击性能得以加强。另外，MAN采用PPO＋PA材料生产的左右导风罩的壁厚为3mm，其使用温度为-40℃~135℃。 隔热吸音零件 过去在某些重型汽车上安装的隔热吸音零件一般都较小，通常是被安装于机仓局部，所用材料为覆盖了铝箔的玻璃棉板、聚氨酯泡沫板等。从原理上讲，这些材料虽然可对驾驶室内部起到隔音和隔热作用，但却不能降低车外噪音。为了使车外噪音也同时得到降低，就需要在整体发动机上安装隔音吸音件。目前，在VOLVO车的发动机上部安装了隔热降噪零件，该零件由织物纤维和聚酯层等（棉纤维、聚酯纤、阻燃剂、固化剂）组成，表面覆盖针刺毡，经高温热压成型，其面积可覆盖整个发动机，具有较好的隔热降噪效果，尤其可使车外噪音明显降低。(end)

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