商用车车身开发中的塑料应用过滤筒

商用车车身开发中的塑料应用

商用车车身开发中的塑料应用 2011年12月03日 来源： 在商用车车身开发过程中，塑料材料的应用目前主要集中在内外装饰件、电子器件的绝缘和装饰外壳等方面，本文所论述的车身塑料应用主要指车身附件中的塑料应用。应用现状商用车塑料产品发展的最新特点是产品的大型化和装配的集成化。目前在车身塑料制品中，1m以上的产品已经非常普遍，部分塑料产品的长度已经达到2m以上。同时，产品的集成化程度也日益提高，像仪表板这样的总成已经集成为一体进行线下装配，这也导致塑料产品具有更加复杂的结构。这样一来，不仅仅要求材料具有高流动、高刚性等基本性能，还要求材料的颜色必须有很好的稳定性。另外，先进的加工工艺可以保证制品性能、降低扭曲等。下面仅就几种使用量较大的材料，介绍一下它们在车身上的使用现状。1.改性PP材料在车身塑料材料中，目前使用最多的是改性PP系列材料。使用部件包括仪表板、车门护板、装饰面板等大型内饰部件和保险杠、水箱面罩、挡泥板等外装部件。以改性PP为主的聚烯烃材料已经占到车用塑料使用量的50%以上。在使用中，应特别注重改性PP材料以下特点。·高流动性目前，改性PP材料的熔融指数往往达到20~30g/10min。这样，可以提高产品的熔接线强度、降低熔接痕。为了满足制品表观颜色的要求，对改性PP基础材料的选择也有更严格的要求，需要使用专门合成的PP材料。·性能要求合理化针对不同部位的产品，制定材料不同的性能要求。例如，仪表板使用的改性PP已经达到2GPa的弯曲模量和25kJ/m2的冲击强度，而门护板则要求5kJ/m2左右冲击强度即可。这样可以在满足制品性能要求的前提下，有效控制成本。·密度成为重要指标为了有效降低材料成本,在严格要求材料性能的同时，材料密度也成为一项重要指标。目前，国内商用车塑料材料的价格已经占到塑料零部件价格的1/2，因此材料密度对于制品成本控制具有重要作用。上述几个方面的要求往往相互限制，因此对于材料的配方设计、制品加工等都提出了比以前更为严格的要求。同时，随着材料合成技术和加工技术的进步，部分内饰产品也开始采用纯PP材料，进一步降低了材料成本。2. ABS类材料ABS的品种多、表面处理效果好、价格低，在车身材料中一直广受欢迎。但由于ABS耐候性差，目前商用车中已经广泛使用高耐候的AES，ASA等材料作为ABS的补充。当产品需要表面处理（如水转印膜、喷涂）时，采用ABS；不需要表面处理时，选用ASA、AES等。3. SMC等玻纤增强材料SMC的综合性能远远超过其他工程塑料，并且可以在线喷漆，在商用车车身开发中一直占有重要位置。目前车用SMC的弯曲模量一般超过10GPa，冲击强度则高达60 kJ/m2以上，可以制备保险杠、支柱、发动机面罩、各类挡板等大表面积制品。其他热塑性玻纤增强工程塑料也由于强度高，在实际中得到了广泛应用，例如PC/PET-GF10、PP-GF30等材料。应用趋势车身塑料的使用除了材料本身的性能要求和工艺要求等客观条件以外，还受到材料使用趋势等影响，这种趋势往往会形成强制的要求。目前在车身用塑料材料中，下面几个趋势正在逐渐成为现实。1.材料统一性材料统一性包括基础材料和填料种类的统一，这样可以方便材料回收。目前，内饰用塑料已经向着聚烯烃材料的方向统一，主要是改性PP、PE材料、聚烯烃弹性体等。外装材料目前仍然有多种材料在不同的车型中使用，主要使用的品种为改性PP、SMC、ABS类等。车用材料的回收率即将成为一个强制性的指标。2.车身内饰空间的环境保护内饰附件已经基本塑料化，塑料制品在加工、装配和使用过程中，会挥发出大量的有机物（VOC），有效降低VOC已经成为内饰材料的一个重大课题。国内外许多材料厂商都在致力于低味道、低挥发性改性材料和环境友好型粘接剂等材料的开发，以满足车身内饰的环境保护要求，抗菌面料的研究也在努力推进中。3.低成本材料方案塑料制品的价格优势主要表现在加工和装配简单，但是塑料本身是一种高价材料。材料价格对制品价格的影响较大，塑料材料的价格已经占到塑料零部件价格的1/2,这也说明车用塑料制品加工技术相对落后、制品功能性差，导致增值过程太低，限制了车用塑料制品采用更优异的加工技术来提高产品性能。低成本方案现在主要有两种方式，第一是采用更低廉的材料，比如回收材料等这种低附加值创新只能进一步恶化国内零部件环境：第二是采用性能更优异的材料，通过降低产品用料来降低材料成本，同时提高加工技术。这种创新型低成本材料方案是塑料供应商和制品加工厂商一直努力的方向，但目前仍然收到价格限制而进步缓慢。车身塑料材料应用的饱和性分析1.材料使用量的饱和性分析目前，车身附件塑料材料的使用已经达到了一个很高的水平。在可以预见的一段时间内，要扩大塑料材料在商用车白车身上的应用仍要受到技术方面的限制。在车身内饰和外部装饰中，大表面积零件的塑料使用也已经到了饱和程度，仅仅有部分零件尚未塑料化，主要包括各类支撑固定板、仪表板梁及其支架总成、座椅支架等各类支架。这些部位由于受到一定拉、压、弯等应力，往往采用金属部件。事实上，像座椅支架这样的产品，已经开始尝试塑料材料。长玻纤增强塑料（LFT）已经广泛使用在国外的轿车领域，对于这些支架产品而言，LFT是一类非常合适的材料。由于新材料成本的降低和加工技术的不断进步，车身内饰、外装部件实现全部塑料化已经不再遥远。相对于不断推进的轿车全塑车身，商用车目前尚不具备可行性。但是像车门这样的大型制件，采用塑料成型有一定的可行性.部分白车身部件也已经采用SMC等成型部件。全塑车身发展过程中研究的高级加工技术也推动了其他车身塑料部件的进步。2.材料使用类型的饱和性分析同一制品往往可以采用不同的塑料材料。一般说来任何一个制品都可以有2~3种材料能够满足其要求。例如发动机面罩可以采用SMC、ABS喷涂、改性PP、AES等材料：保险杠材料也可以采用金属、 SMC、改性PP、PC/PBT等多种材料，目前已经形成了多材料相互竞争的局面。在设计初期，应考虑成本、产量、车型配置，并预测后续产品改进等因素，进行合理的选择。随着新材料技术的不断进步，将有更多的材料可供车身产品选择。塑料制品的问题与解决方案虽然在车身附件中塑料制品得到了广泛使用，但仍存在许多问题。这些问题会导致客户对塑料制品满意度的下降，也会导致设计人员对塑料制品性能的怀疑。一般来说这种满意程度下降的直接反应就是将其改换为金属制品或者采用更高等级的塑料制品，从而增加了产品成本。例如，对于PP材料而言，无论如何改性，总是存在着低温脆性和高温刚性的矛盾，后结晶现象也造成产品的尺寸稳定性相对较差。虽然针对不同制品采取了不同的材料方案和设计方案，外部装饰件的部分改性PP制品总还是不能令人满意。目前，在新开发的商用车身（特别是中高档商用车）的重要外装件中，明显降低了改性PP的使用比例，而使用SMC作为保险杠、AES作为面罩等。从设计人员的反馈来看，改性PP的外装制品已经是低挡产品的别称，应该对通过加工技术的进步来提高改性PP制品满意度的工作给予相当程度的重视。塑料制品使用过程中的高维修费用也是一个问题，特别是像保险杠这样重要的产品。虽然塑料保险杠在发生事故时可以起到保护对方的作用，但是绝大部分用户对塑料保险杠使用过程中的易损坏性和高维修费用总是不满意。从产品设计角度来看，目前最重要的依然是基于装配的设计（DFA）设计重点在于装配和运动干涉等信息。车身设计人员往往关注制品最后的使用状态却无法在设计初期预测塑料产品在制造过程中存在的潜在风险。所有的零部件必须制备合格，才可以满足设计和使用要求。在材料选择和性能匹配已经相对完善的今天，基于制造的设计（DFM）就成为塑料应用的新课题。从现有发展阶段来看，车身塑料制品的DFM主要表现在产品成型新工艺和CAE模拟两个方面。在成型工艺方面，低压成型技术一直是塑料产品成型加工中大力发展的领域。在商用车生产领域，尤其应该重点关注低压成型技术，气体辅助成型、注塑-压制工艺、模内装饰工艺等都是低压成型技术的具体应用，其中气体辅助成型已经得到了广泛使用。新工艺的实行，可以突破塑料制品原有的设计限制，给车身塑料制品带来质的变化。CAE模拟技术也已经在生产中得到了应用，它包括应力分析CAE和模流模拟CAE，CAE技术有助于对制品强度和加工过程中出现的问题进行预测。目前，车身塑料制品的质量控制已经达到了量化阶段。CAE模拟可以有效控制开发风险、降低产品试制次数，目前国内的商用车车身塑料产品设计正在向这方面迅速发展。(end)

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