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汽车顶棚内饰设计 |
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作者：哈飞汽车股份有限公司 刘静波 |
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摘要：本文阐述了汽车顶棚内饰种类、几种安装方式，着重介绍了几种用于制造顶棚内饰的隔热、吸声、防震新材料。
关键词：汽车 顶棚内饰 设计
1 概述
顶棚内饰是汽车整车内饰的重要组成部分，它的主要作用是提高车内的装饰性，同时顶棚内饰还可提高与车外的隔热、绝热效果；降低车内噪声，提高吸音效果；提高乘员乘坐的舒适性和安全性。由于太阳直射车顶，汽车顶部温度较高，因此顶棚内饰的耐热性和耐候性指标要求较严。
对不同档次的顶棚内饰在材料上、结构上有所不同，为提高隔音、隔热、降低噪声等效果，多采用各种纤维毡、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫等与其他材质粘合在一起的结构作为衬垫，并与蒙皮材料（如无纺布、针织物等）通过一定的方式粘合形成一体。汽车顶棚内饰主要有两种：软顶和硬顶。汽车顶棚内饰材料的发展趋势是高强度模塑基材。
2 汽车软顶
软顶一般由面料和泡沫层用层压法或火焰法复合在一起。面料多数为无纺布机织布或PVC 膜等材料制造。泡沫层用聚氨酯或交联聚乙烯泡沫制造。面料起装饰作用，其颜色及质地要与车身内饰颜色和质地相协调。泡沫层起隔热、隔音、吸音、减振作用。
软顶的安装一般分两种：粘贴型和吊装型，用于货车、面包车和低档轿车上。
软顶的粘接有滚涂法和预涂法两种。用于滚涂法的粘接剂是氯丁橡胶，在施工现场工人手持蘸满胶的胶滚或胶刷，将胶均匀涂在顶盖的内表面上，晾置几分钟后，将软顶粘贴在指定位置上（见图1）。 用于预涂法的压敏粘接剂是在生产软顶时，预涂在软顶的背衬上，用隔离纸将胶膜覆盖，以便包装和运输。在施工现场工人揭去隔离纸即可将软顶粘贴在指定位置上（见图2）。哈飞6373 车软顶是采用滚涂法粘接的，哈飞6330E 车软顶是采用预涂法粘接的。其优点是操作简单，成本低。
图 1 图 2
吊挂软顶的结构见图3 所示。软顶饰面的背面缝有几行吊挂用的布袋或细绳，并同时配备软顶安装用细杆，该细杆弯曲成与金属顶盖断面相似的曲线。安装时，先将细杆穿过软顶背面的布袋，再将这些细杆固定在顶盖横梁上。饰面的周边用粘接剂粘到内护板和前风窗胶条上。
其优点是质量小，成本低，但软顶与金属顶盖间隙大，占用室内空间；布袋与饰面连接处上凸，行车时软顶振颤，整体装饰效果不理想。
图3 图4
3 汽车硬顶
随着我国汽车工业的发展，软顶已逐渐被成型硬顶所替代。
成型硬顶主要由饰面，泡沫层和基材三层组成，利用大型成套生产设备，用热压成型法将它们复合成一个整体，成为具有一定刚性和立体形状的内饰件。
成型硬顶的安装分为粘接式与镶嵌式两种。
成型硬顶的粘接是在施工现场工人手持喷枪，直接将粘接胶均匀地喷涂在硬顶背面的粘接区域内，根据工艺要求晾置一段时间内，再粘贴在金属顶盖上（见图4）。
镶嵌式安装分前、中、后及周边四部分。一般情况下，前部的安装点靠左右遮阳板和地图（驾驶员）灯固定装置实现，中部靠左右乘员把手和乘员灯安装点实现，后部则用塑料卡扣固定在顶盖后横梁上（见图5）。
图5
A 硬顶前部与车体安装（Y=0 处地图灯安装点）；B 硬顶前部与车体安装（遮阳板安装点）；C 硬顶
前周边与车体安装；D 硬顶中部与车体安装（用卡扣安装在顶盖横梁上）；E 硬顶中部与车体安装（把手安装点）；F 硬顶侧周边与车体安装；G 硬顶后周边与车体安装；成型硬顶的加工方法与使用性能主要取决于其材料性质。以往多数采用高压聚乙烯发泡材料制造。高压聚乙烯发泡材料具有无毒、质量轻、耐冲击、机械性能好、柔软性好等特点，但其成型性能差。目前，汽车顶棚采用多层材料复合成型的整体硬顶，由基材+缓冲隔热层+表皮层叠一体成型。基材可采用PU 发泡片材、PP 发泡片材、瓦楞纸、浸渍树脂的再生棉或玻璃纤维等，缓冲隔热层采用硬质聚氨酯泡沫塑料板，表皮材料主要采用织物、TPO 或PVC 膜。
下面介绍几种常用的硬顶材料。
3.1 热塑性基材
此材料经烤箱加热软化后，在常温模具中受压冷却后成型，面料可在成型前与基材复合好，也可在成型时复合面料。
3.1.1 聚苯乙烯材料
聚苯乙烯泡沫板材两面各复合上一层HIPS 后，得到的有较高刚度的复合材料。PS 基材质量轻、成本低、成型自由度高。但其隔音效果差，且热变形温度较低。另外PS 泡沫提内残余物在加热过程中生成的气体可聚集于HIPS 下，形成气泡，造成次品。
由于PS 受多种溶剂溶解，因此不利于使用溶剂型粘接剂与表皮面料粘接，它的较低软化温度也不利于使用热熔敷，而水基胶强度较低。
3.1.2 聚氨酯材料
汽车用硬质聚氨酯结构泡沫是指高密度、光滑而坚韧的外表皮与低密度泡沫芯同时形成整体的泡沫塑料。这种材料具有良好的强度与硬度，低密度泡沫芯使它保留质量轻、导热系数小等优点。
聚氨酯基材是指无纺布/玻纤/胶膜/热塑性聚氨酯泡沫/玻纤/胶膜复合成的多层复合材料。该材料的压形工艺与压形模具与PS 材料基本相同，但软化温度较PS 高，加工温度范围较PS 宽，工艺性能较稳定，压形出模后回弹和收缩率极低PU 基材由于比强度高，面密度小，耐热性好，尤其是隔音隔热效果好，已得到广泛应用。
3.1.3 聚丙烯
用于汽车顶盖内饰的聚丙烯要求具有较高的耐热性、耐划伤、耐冲击、刚性高（超高流动性——不翘曲、不变形）、耐老化性能好的特点。
3.1.4 聚丙烯蜂窝材料
聚丙烯蜂窝基材是一种中空板材，比强度大大提高，保温隔音效果改善。PP 回收再利用方便。从环保及资源再生上讲优势较大。其缺点是出模后收缩率达1.4%，且回弹较大。
3.1.5 聚丙烯/玻纤材料
用玻璃纤维填充PP 薄板。它与PP 基材压形工艺基本相同。复合面料可利用热熔敷。
3.1.6 热塑性聚烯烃弹性体TPO
TPO 作为汽车内饰表皮材料，具有以下优点：
1) 密度小，比ABS/PVC 轻量化22%～28%。
2) 不含增塑剂，不含氯元素，因此无污染。
3) 材料耐热性比ABS/PVC 好，使用温度可达130℃。
4) 耐候性、耐老化性好。
5) 有利于材料回收利用。
3.2 热固性基材
是以酚醛树脂为基材，其成型为热模压型，即将酚醛树脂、填料按比例混合后，放入高温模具中，交联固化成型。热压成型时能耗较大，而且有较刺激气味。
填料：天麻纤维、木纤维、回收的棉纤维与回收的化学纤维等。
其优点是形状稳定，耐热性好，强度高，又可以回收利用。但它的价格太高，专业投资大，成形周期较长。随着其应用前景将更广阔。
由于顶棚材料难于回收利用，因此轿车的成型硬顶考虑用PP 瓦楞板+PP 发泡片材+ TPO 层压成一体。
面包车和低档轿车的成型硬顶可采用GMT 片材冲压成型后植绒。
4 汽车顶盖内饰的隔音隔热设计
在现在的汽车设计中，安全环保是两大主要要求。噪声是公认的环保杀手。汽车行驶过程中，来自车顶的噪声主要来源于：①车外噪声声波作用于金属顶盖，激发金属顶盖振动，并向车内辐射，这种辐射强度与顶盖的隔声能力有关；②金属顶盖与硬顶之间相互颤动。
当直接从声源上治理噪声受到限制时，相对于以上两种噪声情况，在车身设计时通常采用隔声、吸声和阻尼相结合的办法降低车内噪声。对传入车内的噪声可以采用吸声处理，利用车身内饰做吸声材料，吸收辐射到其上的声能，减弱反射声能，从而降低车内噪声。
采用多孔吸声材料，其机理是当声波射到材料表面的空隙，引起空隙内空气中材料微小纤维振动，由于内摩擦和粘滞阻力，使相当一部分声能转化为热能，开孔壁吸声材料，这种材料的特点是在小孔背面保持一定的空气层，主要吸收中、低频率噪声使其产生共振而消耗能量，通常与多孔性材料配合使用，如：汽车顶盖内饰，背面常粘有泡沫或再生毡、废纺毡（见图6）。
图6 硬顶后部与车体间减振隔音设计
5 其它性能要求
主要指顶棚内饰材料的抗静电性、抗污染性、阻燃性等。
抗静电性非常重要，顶棚内饰必须进行防静电处理，把静电减少到最低标准，要求在使用过程中，不得产生静电作用，不允许产生起毛、起球、吸灰等现象。
对于顶棚内饰材料的阻燃性— 水平燃烧特性，国家标准中有明确的规定，内饰材料必须达到：①不燃烧；②可以燃烧，但速度不大于100mm/min，燃烧速度不适用于切割试样所形成的表面；③如果从试验计时开始，火焰在60s 内自行熄灭，且燃烧距离不大于50 mm，也认为合格；④抗污染性是指在使用过程中遇油、水的污染时，不易扩散。
6 结束语
硬顶的主要功能是装饰作用，正常使用时，虽不承受自重以外的其他应力，但因跨度较大，因而需要一定刚度，由于面积大，对车内隔音、隔热效果起到重要作用。泡沫塑料、蜂窝结构基材，具有重量轻、比强度高、导热系数低等特点，将成为发展方向。但考虑到环保及资源再生利用，热塑性材料---尤其是价格低、性能优的聚丙烯，将得到更多的应用。
参考文献
1 汽车硬顶材料. 汽车工艺与材料. 1999-12.
2 李尹熙. 汽车用非金属材料. 北京：北京理工大学出版社，1999.8
3 汽车工程手册。 北京：人民交通出版社，2001.5(end)
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(5/13/2005) |
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