现代轿车内饰件与外装件用塑料制品新趋势

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现代轿车内饰件与外装件用塑料制品新趋势

内容提要：本文阐述了轿车内装塑料制品和外装塑料制品的应用， 车身塑料化的开发研究， 以及通用塑料和EP的分类及其发展方向。
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7 j4 C' A/ `0 F8 e* ?! `- p　　关键词： 现代轿车 塑料制品 发展方向减轻轿车质量的措施之一，是扩大塑料在轿车上的应用。现时使用高强度工程塑料代替金属生产轿车，世界各国都广为研究。塑料轿车的特点是：重量轻、节省燃料；生产所用的模具简单，易于成形，成本较低。塑料轿车的关键是其稳定性以及车架的强度，经过多年的研究，已基本上解决了生产难题。最具有名声的全塑汽车是美国通用公司的土星汽车，其车身和车架采用新型增强塑料。还有德国尼奥普兰公司的全塑壳大型轿车，质量只有普通轿车的43%，可节省燃料20%～30%。它的一辆试验车横穿撒哈拉沙漠，能耐70℃的高温。且与4lkm/h时速的载货汽车相撞时，驾驶员和乘客均无损伤。现代轿车塑料的使用量每年呈递增趋势，今后还会继续。
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　　1.轿车内装塑料制品

　　在内饰方面，汽车和内饰制造商正不断推出新型内饰材料，在不增加费用的情况下，满足用户舒适性和安全感方面的要求。轿车安全内饰件现广泛采用塑料：它包括转向盘、仪表板、门内板、座椅、顶棚，及其它盖板、行李箱等。

　　车内顶棚 车内顶棚是采用各种材料复合加工成型的制品，要求具有隔热、吸音、隔音、吸振等多种功能。目前轿车顶棚一般为玻璃纤维+发泡聚氨酯+表面装饰织物等多种材料复合加工而成的成型顶棚，考虑到功能要求和回收利用，将来的发展趋势是骨架、吸音、隔热和表皮材料尽量是同种材料构成，或者使用不需分离而直接一次性回收使用的增强复合材料。
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　　门立柱装饰板 门立柱装饰板材料常用PP和PPO。考虑到材料成本，将来高流动、高刚性、抗冲击性良好的PP材料具有一定的优势。门立柱装饰板表面色泽必须与车内整体颜色匹配，要求防静电、耐擦伤、美观，因此发展丙烯板材与表面装饰材料一体真空成型，或热压成型的生产技术能够满足批量不是很大的轿车生产。
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　　塑料仪表板 汽车仪表板的功能多、零件多、结构复杂，仪表板由基质和表面元素组成，本身由树脂和泡沫组成，基质可以是金属一般为钢。目前的仪表板大多数是PVC表皮+半硬发泡PU+骨架来构成。仪表板发展的趋势是在设计上做到容易拆卸且容易装配；选材上配合设计要求和回收可能性，尽量做到美观、低成本。这就有可能促进热塑性塑料仪表板的发展和单一品种塑料的仪表板，但应满足安全、美观的要求。奥迪A8仪表面板由注射模热塑材料制造， PC/ABS混合物，或PPO混合物制造。日本丰田汽车公司和美国福特汽车公司使用PPO制造仪表面板。具有低成本、较好的振动阻尼和易于再生利用，使PPO为未来汽车仪表面板首选材料。

　　为了减轻内饰质量，许多汽车厂开始采用比ABS和聚丙烯轻的由玻璃纤维增强泡沫RIM聚氨酯制成的饰板。用泡沫聚氨酯制成的门板可比玻璃纤维门板轻15%～30%，强度、吸声性和安全性能也好。WoodbridgeGroup开发出一种新型泡沫聚氨酯，它不仅容易浇注在基板上，还可增加基板的刚度，可用来制作各种形状的内饰件。3M公司还推出了一种复合噪声控制薄膜全新产品，它实际上是一种胶带，可放在螺钉与塑料基板之间，防止两者摩擦，也可放在车门把手与车门饰板之间，专门降噪用之。

　　塑料不仅轻而且具有隔声效果。瑞士哈特波恩公司开发了0.5/0.1/0.5mm的金属/塑料金属夹层板，用于制作汽盖、发动机罩、油盘等，能隔离发动机的噪声。其冲压加工、涂装、点焊、电阻焊、氩弧焊等工艺性均好，可与低碳钢板的加工性相当。GM公司采用一种用AFV-4522(热塑性树脂、起隔声作用)粘接在AzdeI(40%GFRP刚性高，作为骨架材料)上的复合材料，起到降低柴油发动机的噪声的作用。把Azdel进行模压成型，在其上用特殊的树脂粘接剂粘奏AFV-4522。由于AFV-4522具有隔热性，故也起到隔断向车室内的传热效果。福特公司的柴油发动机铝活塞下部细，外围粘接上塑料制成的套，这样可减轻活塞重量、下降往复惯性力、有吸收活塞敲缸撞击的效果和抑制发动机噪声的作用。
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　　轿车上的座椅安全带和安全气囊是目前应用最为广泛的乘员安全约束部件，以减少乘员发生二次碰撞的危险性；而安全气囊则与座椅安全带协同作用，为乘员提供更为可靠和合理的安全保护。塑料是许多关键安全部件的基本组成材料，作为高性能、高可靠性的现代高科技产品，先进的乘员保护装置的技术含量越来越高，这无疑对高性能的塑料提出了更高的技术要求。聚丙烯由于价格低，在美国市场上得到迅速应用。克莱斯勒公司在Neon车的内饰全部使用聚丙烯。克莱斯勒公司的NS、通用公司的M和APV、福特公司的Windstar和Villager的内饰都采用聚丙烯替代ABS。ABS强度高、刚性好、耐高温、易于将装饰材料和软质表面粘结在一起，因而仍是内饰的主要材料之一。许多公司，如通用电气公司、道化学公司正推出新型ABS，降低成本。通用公司的BuickRoadmaster的仪表板使用这种材料，使横梁、风孔及弯角支撑一体化，省略了加强钢筋。现代轿车塑料内装件采用的状况见图1。
1 ^1 z3 |: r+ {+ e- Q9 x2.轿车外装塑料制品
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* E9 ~' v. T, G; v: x　　汽车外装件，包括保险杠、散热器格栅、侧防撞条、后导流板、各种车用灯具、车用披璃，以及车门把手、雨刮、门锁等车身附件。这些塑料制品从材料角度来看大致分为三大类，即热塑性塑料注射成型制品；复合塑料模压制品；聚氨酯反应注射模(RIM)成型制品。
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　　对制造较长的外装件很有利，用作侧面模塑件和车门槛板。质量轻，能满足耐热冲击标准要求；产品具有高光泽，用于汽车侧身彩色模塑件，车身外板，翼子板、后侧板、车门面板等。当前国内外生产的轿车保险杠，基本采用热塑性工程塑料如聚氨酯弹性体材料。散热器格栅是早期塑料化的汽车零件，它是车体最前部装饰件表现一个车的性格的重要部件，因此选材时着重考虑它的成型性和装饰性。在保险杠市场中份额上升的重要原因是材料性能的大幅度提高，特别是弯曲弹性模量、低温耐冲击性和流动速率的改善，这些性能的提高有助于减少保险杠壁厚、减轻重量、降低材料消耗和缩短加工时间，并使性能提高。
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　　早在1983年外装板的塑料化就在三种车型上积极采用。即本田的帕拉特赛车、福特的旁蒂亚克·费勒车及雷诺的埃斯巴斯车。本田的帕拉特赛车使用塑料的零件，它是最早在外装板上大幅度塑料化的，占车身表面积的40%。比原来1吨车身重量减轻到700～800kg。塑料的重量构成比达11.1%，是轿车平均构成比5.7%的两倍。前后保险杠多采用耐冲击性、耐候性、涂装性好的改性聚丙烯。前脸、前挡泥板、车门、下翼子板、侧门框装饰使用称作HPA(Hondapolymcralloy)即ABS树脂/聚碳酸酯的混合物，外加少量的第三种组分。车身下半身的塑料化是本田技研所作的有意义的事情。汽车入库时引起的轻度冲撞将使车身反复产生凹陷和损伤，可利用塑料的弹性变形予以避免。冬季为了防滑，路面经常撒盐，车身下半身在腐蚀而脏污的状态下行驶，塑料化作为其对策是理想的选择。从这一角度来看塑料化也是有现实性的。GM公司的费勒车采用SMC和R-RIM，其塑料化率高达9%，使车重 (1157kg)减轻了109kg。约48kg的SMC用于发动机罩、车顶盖、行李箱、后部上翼子板。约13.5kg的R-RIM用于前后保险杠、后下部围板、车门外板、前挡泥板等。现代轿车塑料外装件采用的状况见图2。
塑料复合材料板材用于制造车身，为聚氨脂薄膜增强反应注射模工艺制造。具有优异的机械和物理性能和抗表面裂纹能力，但表面质量比SMC差。与聚氨脂结合可形成较高的刚性，较好的热阻和表面质量。薄壁技术制造PV-RRIM是非常有吸引力的，但成本高于SMC。SMC具有好的机械性能、表面质量和自然时效性，但如果不使用粘结剂时较脆。SMC和PV-RRIM是热固材料，比热塑材料更贵。制造热固材料的另一种方法是树脂转换模(RTM)，在法国应用较多，可制造具有高弯曲强度的车身面板和阻流板。玻璃纤维增强聚丙烯(PP)，聚碳酸酯/聚丁烯对酞酸盐(PC/PBT)混合物，聚碳酸酯丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(PC/ABS)混合物也用于制造车身面板。3.车身塑料化的开发研究

& w% O1 F0 m! r& Y+ ?; S　　世界各国都在进行着车身塑料化的开发研究工作，克莱斯勒汽车公司将推出新型塑料汽车：车身由PET塑料制造的6大部分组成(一般的金属车身组装需要大约80个部件)，而且不用油漆，能够使汽车的造价降低一半。车身板用塑料主要是以SMC(热固性片状模塑料)为主进行了很多开发应用研究工作。90年代出现的CTMT(玻璃毡增强热塑性复合塑料)材料在汽车上的应用被誉为20世纪汽车工业材料方面最大的突破之一。这种材料力学性能优异，成型周期短，可制造大型结构件及可以回收利用，因此受到汽车界的相当关注。CTMT的初始产品是一种长玻璃纤维连续迭成的玻璃毡，经PP浸渍压制成PP增强片材。这种片材便于冲压成型，适合于制造结构件或大型覆盖件。SMC及GMT可以用作制造汽车发动机罩，车顶、行李箱盖板等受力水平部分，PIM或PA/PPO、PC/ABS塑料完全可用作制造叶子板、车门外板、阻流板等垂直部分。
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) m0 D, \' i! i1 N2 w　　其它部分采用塑料或复合材料的例子：日产汽车有的在前后围板采用高冲击性的PBT；丰田汽车有的后阻流板采用FRP；大型前保险杠采用聚氨酯实现柔韧化；采用叠层钢板 (钢/PP/钢)制发动机，以减少振动燥声；日产汽车率先用GFRP制悬架弹簧；五十铃汽车的保险杠采用耐冲击性聚碳酸酯(PC)。上述塑料化的实现在轻量化、减振方面收到显著效果。
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* V* j6 k7 X0 s7 r　　保险杠材料大部分采用可注射成型的三元乙丙橡胶(EPDM)改性PP，它的冲击强度很高。这种增韧交联改性材料具有网状结构，大幅度提高了冲击强度，可满足保险杠耐冲击、耐热、耐老化、耐低温及刚性好、韧性好的要求。国内开发汽车保险杠PP专用料，先后为切诺基、大众、夏利、桑塔纳和富康等车型配套研制了多个牌号的专用料，质量达到了标准要求。
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$ i$ ?% H5 e! d0 a! D# P* x　　目前，中间夹塑料膜的复合玻璃普遍用于高级车上。在美国，在风档玻璃的三层安全玻璃的里面又进一步贴附了2oμm厚的聚氨酯膜，这种构造已得到普遍认可。这是为了保护乘员在车受冲撞时不至于被玻璃碎片毁面而设计的。在美国，绝大部分客车采用丙烯酸树脂板。由于"FMVSS205"的修订，美国客车的窗玻璃，除前窗玻璃、司机左右侧窗玻璃外，已全部使用硬质透明塑料。窗玻璃塑料化主要目的是节能和保护乘员安全。4.通用塑料和EP的分类及其发展随着汽车负荷的增大，普通塑料已无法满足高应力零件如悬架弹簧、高温零件，如活塞等发动机零件以及对表面质量要求越来越高的外板等部件的使用要求。对此有两个途径可供选择：一是采用纤维增强型复合材料，这在飞机制造业已大量采用，但对大批量生产且要求成本低廉的汽车来说，其复合化的进程较慢；二是采用高级工程塑料EP及较简单的加工方法则是人们所期望的。高级工程塑料EP的特点：不仅机械强度高，而且综合机械性能好；耐热性、耐久性优良，寿命长，可靠性好；某一方面性能特别好。高分子材料的发展方向除了高性能化外，高功能化也是很有前途的。今后塑料在功能零部件上的开发利用将会十分活跃。通用塑料和EP的分类见表1。
6 S1 k' \/ N3 u! G' A0 m* d由于塑料在轿车车身内饰件上的广泛应用，众多涉及轿车内饰件的安全技术标准和法规都对有关的材料做出了基于安全性能的要求。尤其是轿车阻燃内饰材料和冲击能量吸收型内饰材料的研究，都会自然而然地把相当一部分的注意力集中在塑料应用上。现代汽车采用工程塑料和塑料感光体及一些外覆塑料件，而这些部件本身在整个安全系统中十分关键。尽管面对着一定的挑战，但塑料在未来轿车安全系统中的应用前景将是十分光明的。汽车工业已成为我国的支柱产业，将会带动我国汽车用塑料市场的发展，汽车用塑料零配件将成为我国汽车零配件行业中一道风景线。在现代轿车设计的诸多条件当中，为了轻量化和降低成本，在设计上采用塑料具有重要的意义。今后的车用材料，正由金属向塑料方向转化。从材料生产所消耗的能量来看，塑料生产有利于节省能量、节省能源。塑料以石油为原料，其使用结果，既可轻量化又可省能源，可以说是一举两得。但塑料比金属材料的强度差，一般情况下，塑料化要随之增加零件壁厚，因此今后有待开发出既便宜又有高强度的塑料。

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