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造車網(wǎng)二級(jí)技術(shù)頁(yè)面

塑料車身板能回歸嗎?

2025China.cn   2008年12月13日

對(duì)于車身部件而言,用塑料取代鋼材遇到的主要問(wèn)題是“如何降低塑料的膨脹系數(shù)”。現(xiàn)在,通過(guò)對(duì)一些材料進(jìn)行改性,上述問(wèn)題已經(jīng)有所改善。

 

盡管SMART汽車家族在使用輕型材料方面遭遇了失敗,從而使這家公司對(duì)于“將塑料應(yīng)用于汽車車身”表現(xiàn)冷淡,譬如Saturn汽車的車身又開始轉(zhuǎn)向使用鋼材。但實(shí)際上,按照GE塑料集團(tuán)全球市場(chǎng)總裁Derek Buckmaster的說(shuō)法,將塑料應(yīng)用于車身上的最大障礙是它的熱膨脹系數(shù)(CTE)與鋼材料有明顯的差距。Buckmaster解釋說(shuō),一般情況下,大多數(shù)的車身都采用鋼結(jié)構(gòu),而鋼的熱膨脹系數(shù)是1.9,但大多數(shù)塑料的熱膨脹系數(shù)卻在510之間,這樣的熱膨脹系數(shù)使得塑料車身板在炎熱的天氣中很容易產(chǎn)生更長(zhǎng)的裂縫。Buckmaster舉例說(shuō),在日本,曾經(jīng)制造了一種使用塑料門的原型汽車,但在炎熱的天氣里這種車根本就不能夠開出來(lái)。

 

 

 

 

 

 

盡管人們對(duì)鋁的研究從未停止過(guò),但BMW6系列的塑料擋泥板仍然體現(xiàn)出了設(shè)計(jì)意圖

 

 

因此,目前要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是降低塑料的熱膨脹系數(shù)。Buckmaster介紹說(shuō),目前GE正在研制的兩種車身板材料的熱膨脹系數(shù)已經(jīng)得到了明顯降低,其中之一被稱為“HMD”或“高模量延展”。他解釋說(shuō),聚碳酸酯是一種具有良好抗沖擊強(qiáng)度和延展性的材料,但在具體使用中有時(shí)還希望它更硬一點(diǎn),于是可以加入玻璃纖維。但是玻璃纖維的加入又會(huì)使材料變脆,于是人們不得不在硬度和抗沖擊強(qiáng)度兩個(gè)方面尋求平衡。現(xiàn)在GE的這種所謂的“HMD”材料中不必加入玻璃纖維,而是添加了納米材料,但Buckmaster承認(rèn)那不是納米黏土。據(jù)說(shuō)這種材料目前已取得了專利,并且已經(jīng)在汽車上得到了應(yīng)用,例如, 2002 GMC Safari Chevy Astro running board 已經(jīng)應(yīng)用了添加納米云母的TPO基材料。

 

 

 

 

 

VOLVO卡車的車頂、保險(xiǎn)杠、風(fēng)翼使用了Senoplast的多層復(fù)合板材料

 

 

 

Buckmaster介紹說(shuō),這種材料是在塑料和納米級(jí)別的骨架之間建立了一種次級(jí)結(jié)構(gòu),因而提高了材料的硬度,但其抗沖擊強(qiáng)度仍然很好。一般,通過(guò)加入玻璃纖維使聚合物基體變硬往往是一件困難的事情。基于樹脂的應(yīng)用需求,Buckmaster建議應(yīng)將樹脂的CTE降低50%。

 

目前GE已經(jīng)采用“HMD”材料技術(shù)開發(fā)了PCPET(聚碳酸酯聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯)材料Xenoy,并且已經(jīng)在Krauss-Maffei的設(shè)備上進(jìn)行了試驗(yàn)。據(jù)說(shuō)該材料技術(shù)能夠減小汽車部件產(chǎn)生的縫隙?!艾F(xiàn)在BMW公司已經(jīng)從這項(xiàng)技術(shù)中看到了未來(lái)的前景,另外還有一些汽車制造商正在考察該技術(shù)?!?SPAN lang=EN-US> Buckmaster預(yù)計(jì),在2年以后將會(huì)出現(xiàn)采用“HMD”技術(shù)制造的汽車部件。

 

對(duì)于采用注塑方法成型的部件而言,“HMD”技術(shù)比較適合于門板和擋泥板的應(yīng)用。此外,還有另一種材料技術(shù)適合生產(chǎn)如蓋子和頂篷這類的平板部件。這是一種被稱為“HPPC”的高性能熱塑性復(fù)合材料。通常,所謂的復(fù)合材料是將玻纖或碳纖維添加至熱固性塑料中,如環(huán)氧樹脂等。這些混合好的材料被放置到高壓釜內(nèi)進(jìn)行高溫高壓成型,從而使部件表現(xiàn)出優(yōu)良的工程性能。然而在實(shí)際生產(chǎn)中,由于生產(chǎn)循環(huán)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而使其應(yīng)用受到了很大限制。按照Buckmaster的說(shuō)法,由于“HPPC”材料是以熱塑性材料為基材,而非熱固性材料,并且以連續(xù)的玻璃纖維作為增強(qiáng)材料,從而使部件的生產(chǎn)更為快速。通常,熱塑性塑料能夠反復(fù)成型和冷卻,其生產(chǎn)循環(huán)周期也比傳統(tǒng)的復(fù)合材料更短。由于采用的是連續(xù)的玻纖增強(qiáng),所以“HPPC”復(fù)合材料不像以熱固性材料為基材的復(fù)合材料那樣下垂。據(jù) Buckmaster介紹,現(xiàn)在最大的水平面板已經(jīng)不需要使用加強(qiáng)筋了。GE的目標(biāo)是要獲得一種硬度與鋁板一樣的材料。

 

Buckmaster暗示說(shuō),在未來(lái)的幾年內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)用“HPPC”生產(chǎn)的部件。他同時(shí)也承認(rèn),現(xiàn)在的主要問(wèn)題就是OEM如何處置他們已有的金屬?zèng)_壓設(shè)備,也就是說(shuō),塑料部件的生產(chǎn)意味著這些設(shè)備將被閑置,因此需要讓他們充分認(rèn)識(shí)到塑料部件能夠?yàn)樗麄儙?lái)的優(yōu)勢(shì)。

 

Buckmaster接著說(shuō),或許能夠從設(shè)計(jì)方面來(lái)證實(shí)塑料部件所具有的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)OEM設(shè)計(jì)者使用鋁代替鋼來(lái)降低汽車的重量時(shí),他們遇到的主要問(wèn)題是,鋁的延展性不如鋼好,因而該材料的拉伸性能較差,而且鋁板的成本也更為昂貴,而這些問(wèn)題都可以通過(guò)使用塑料材料得到解決。例如在BMW 6系列車型上,盡管其白車身的大部分采用了鋁材料,但前擋泥板采用的是GENoryl GTX材料。如果用鋁做這個(gè)部件,其可被拉伸的曲率和程度都不能滿足要求。

 

Buckmaster另外還舉了一個(gè)可塑性的例子,即2006 HUMMER H3的擋泥板。該部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,用鋼或鋁是難以成型加工的,而用Noryl GTX樹脂制造的擋泥板最早是被應(yīng)用在北美的卡車上。

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