汽车仪表板材料的现状和发展

作者：哈尔滨工业大学 赵立军 刘艳峰    来源：PT现代塑料

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, ... [摘要] 本文介绍了汽车仪表板材料的应用现状、分类和常用材料的特性和优缺点，综述了近年来TPO、TPU车用GMT 材料及镁合金压铸在汽车仪表板上的应用及发展概况，国内外在汽车仪表板材上的新材料的采用和开发情况，并提出了今后的发展趋势。 关键词：仪表板 材料 发展 1 前言 为创造更舒适、更安全而豪华的车内乘坐空间，人们一直追求高档次、高质量的汽车内饰。因此内装饰制品多采用复合材料来满足软饰化、纤维化、木纹化、真皮化等各种内饰要求，使汽车内饰材更加趋于多样化和高级化，从而造成成本提高和不利于材料再生利用的后果。既要满足材料再生利用的要求，又满足顾客的不同追求和低成本是非常困难的事，只能设法保持一定的平衡。 2 发展现状 目前汽车上使用的仪表板可分为硬质仪表板和软质仪表板。随着轿车上安全气囊的安装，软质仪表板已失去安全性的要求，因此只要外观质量得到解决，采用低成本的硬质仪表板完全可行。 传统硬质仪表板一般使用在轻，小型货车上，一次注射成型。这种仪表板尺寸很大而且没有蒙皮，表面质量要求非常高，同时要求高温耐热，刚性，因此与其他内饰制品不同，尽管牺牲了材料流动性，仍需多点注入口。采用多点注入口容易产生熔接痕和流痕，多数场合其制品表面需要涂装。材料可用改性PPO、ABS 树脂、填充PP。ABS 树脂的耐热性、窗玻璃的模糊性、玻璃上的倒影等问题有待解决；填充PP 需要改善制品表面的缩孔和窗玻璃的模糊性。最近发展的气体辅助注射成型法，采用一点注入口也能够克服表面缩孔的形成和溶解痕的发生，同时提高制品的刚度。 软质仪表板由表皮、骨架、缓冲材料等三部分构成。一般档次的轿车采用PVC/ABS 片材真空吸塑成型仪表板表皮，如一汽捷达，上海桑塔纳轿车。中高档次轿车上采用粉末PVC 搪塑成型仪表板表皮，如一汽奥迪、小红旗轿车。骨架材料有金属板（如奥迪和小红旗）、硬纸板（如捷达和桑塔纳），也有ABS、AS/GF、改性PP 等。 3 常用材料特性 仪表板是汽车最主要的内饰件，目前除少量采用金属制造外，几乎全部用塑料制造。主要的仪表板塑料材料有聚氯乙烯和ABS 树脂。 （1）硬质聚氯乙烯 相对密度为1.38～1.43kg/m3，约为钢重量的1/5。机械强度高，电性能优良，对酸碱抵抗力极强，化学稳定性很好。其耐热性低，线膨胀系数比较大。硬质聚氯乙烯主要缺点是热稳定性差，受热引起不同程度的降解。 （2）软质聚氯乙烯 在组分中加入大量的增塑剂，就可以制得柔软而富于弹性的软制聚氯乙烯。由于增塑剂的加入，使塑料的可塑性、柔软性增高，但却使力学性能下降。软质聚氯乙烯对应变敏感，变形后不能完全复原；其耐热性比硬质聚氯乙烯更差，且在低温时变脆，但加入增塑剂可使耐寒性得到改善。 （3）ABS 树脂 不透明、着色性好、无毒无味、不透水、略透水蒸气、吸水率低，不易燃烧。ABS树脂有极为优良的抗冲击强度，在低温下也不会迅速下降。也有较好的抗蠕变性能和耐磨性。ABS 树脂的电性能在较大的频率变化范围内很稳定，且温度、湿度对其电性能影响小。ABS 树脂对水、无机盐、碱和酸类几乎无影响。 由于PVC 和ABS 加工制造成本较低以及性能优良，仍然被广泛的应用在仪表板上，但它的主要缺点如上文所述。软质仪表板由3 种以上的材料构成，材料再生利用非常困难。 4 仪表板材料的最新进展 4.1 TPO 在仪表板中的应用 为了提高内饰材料的再生利用性和舒适性，内饰材料的发展总趋势是聚烯烃和聚酯纤维。传统的PVC表皮材料逐渐用聚烯烃系热塑性弹性体TPO 取代，因为TPO 和PP 能够相溶而且容易回收利用。为了便于回收利用，正在发展热塑性聚烯烃表皮（TPO），改性聚丙烯骨架，聚丙烯发泡材料构成的仪表板。捷达轿车的仪表板表皮正在进行TPO 材料的试验工作。欧洲生产的欧宝Vetra II型车上已装出TPO 仪表板表皮50 万套。 硬质仪表板多用PPO、ABS/PC 和改性PP 材料。最近发展的气体辅助注射成型，采用一点注入口也能够克服表面缩孔的形成和熔接痕的发生，同时提高制品的刚度。 4.2 TPU在仪表板中的应用 与PVC 相比，TPU 的优点是：抗紫外线和长期热老化性能好，密度低15%，且可在原用PVC 的加工设备上生产。今后，这种新型TPU 将在北美普遍采用，其材料价格大概比PVC 高出3 倍多。但是采用TPU从经济角度考虑是合算的。其原因是TPU 密度较小且可省去若干项其他工序和操作。Bayer 公司和Textron汽车公司共同开发了热塑型聚氨酯（TPU）仪表板面层Texin DPT-3014，以取代PVC，并用于ChryslerConcorde，Chrysler LHS，Chrysler 300M 等车型上。 4.3 车用GMT材料的应用 GMT(Glass Mat-Reinforce Thermoplastics)材料属于热塑性复合材料，它以热塑性树脂作基体，用短切玻璃纤维毡或连续玻璃纤维毡作增强材料，最外层为基体树脂，中间为树脂层和增强材料层交替铺叠所形成的夹层结构。由于聚丙烯树脂具有良好的性能价格比，因此是目前世界上应用最广泛的基体树脂。用不同材料的玻璃纤维毡和热塑性树脂基体可以复合出不同品种与规格的GMT 材料。 GMT 材料有四大优势，即：生产周期短、生产率高；废料可再生利用；工作环境比较清洁；制品耐冲击、耐疲劳、防腐性能好；其密度低而比强度高；成型温度低（低于300°C），成型加工周期短，能耗低；设计自由度大，易于实现复杂制件一次成型；被损坏制品易于修复；绝热性强；良好的电绝缘性能；良好的耐化学腐蚀性。由于GMT 材料具有上述诸多优点，因而世界各大汽车公司纷纷看好GMT 材料，车用GMT 材料的消耗量稳步增长。 BMW850 轿车、Mercedes-Benz S 级和C 级轿车仪表板骨架均选用GMT 材料。如德国RURGERS 公司以GMT 为原料生产的Mercedes-Benz E 级轿车的仪表板骨架，所用GMT 材料的玻璃纤维含量为30%。 4.4 镁合金压铸在汽车仪表板中的应用 近年来，镁合金压铸（以下简称镁压铸）的汽车零部件在欧美日等发达国家汽车工业中的应用出现了持续快速增长势头，如仅1996～2000 年全球用于汽车零部件的镁量平均每年递增15%以上。目前镁的主要应用领域是镁铝合金，如按这一发展速度进入21 世纪，镁压铸结构件将成为镁最主要的应用领域。镁压铸的快速增长主要是由欧美地区发达国家汽车工业面临要求汽车重量轻、油耗少、环保的挑战而促成的。 德国奥迪公司于20 世纪80 年代研制成功第一个镁压铸仪表板并应用于V-8 型奥迪轿车中。由于AM系列镁合金有很高的伸长率，奥迪公司用该系列合金研制成一种一片式轻型压铸结构件，用于安装汽车速度表，收音机及储物盒，该部件在冲击试验中只能被撞弯而不会被撞断，表现出良好的抗冲击性能，而其重量则大大轻于原来的钢结构件，例如奥迪V-8 型轿车的镁压铸仪表板重量仅为4.3kg。采用一片式压铸件的仪表板还可省去原来用钢结构件时所必需的许多零部件。由于其显著的优点，这一新设计现已被欧美汽车工业界普遍采用。 已采用这类镁压铸仪表板的有通用\奔驰、克莱斯勒、菲亚特-阿尔法等汽车公司。目前至少有20 款以上车型正在采用或研制这类镁压铸仪表板。正在使用的最大款型为重量达15kg 的通用汽车“G”型前卫车上的仪表板。如今全世界采用这类结构件的汽车超过300 万辆。Meridian 公司在这一领域里卓有成就，其产品的主要客户之一是美国通用汽车公司。这一领域里的发展趋势是：部件的表面积变大，集成更多的功能，单位价格下降。从发展趋势看，基于塑料、钢等材料的仪表板将被镁合金压铸结构件取代。 参考文献 1 王力. 汽车用非金属材料最新进展. 汽车工艺与材料. 2002(8/9): 72～74 2 李尹熙. 中国汽车用塑料的现状和发展方向. 汽车工艺与材料. 2000(1):1～3 3 戴干策. 车用GMT 材料应用现状与发展预测. 材料·工艺·设备，1999（7）：25-27 4 陈力禾. 镁合金压铸及其在汽车工业中的应用.铸造. 1999（10）：45～47(end)

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