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我國商用車車身塑料使用現(xiàn)狀與趨勢
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http://www.mamogu.com 發(fā)稿日期:2006-5-19
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一、車身塑料使用現(xiàn)狀
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商用車塑料產(chǎn)品發(fā)展的最新特點是產(chǎn)品大型化和裝配集成化。目前車身塑料制品中，1m以上的產(chǎn)品已經(jīng)非常普遍，部分塑料產(chǎn)品長度已經(jīng)達(dá)到2m以上。同時，產(chǎn)品集成化程度提高，像儀表板這樣的總成已經(jīng)集成為一體進(jìn)行線下裝配，也導(dǎo)致塑料產(chǎn)品具有更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。這樣，不僅僅要求材料具有高流動、高剛性等基本性能要求，材料的顏色也必須有很好的穩(wěn)定性。先進(jìn)的加工工藝用于保證制品性能，降低扭曲等現(xiàn)象。下面僅僅就幾種使用量較大的材料，介紹目前車身塑料使用現(xiàn)狀。
1、改性PP材料
車身塑料材料中，目前使用最多的是改性PP系列材料。使用部件包括儀表板、車門護(hù)板、裝飾面板等大型內(nèi)飾部件和保險杠、水箱面罩、擋泥板等外裝部件。以改性PP為主的聚烯烴材料已經(jīng)占到車用塑料使用量的50％以上。改性PP材料目前在使用中，特別注重以下特點：
高流動性，目前改性PP材料的熔融指數(shù)往往達(dá)到20～30g/10min。這樣，可以提高產(chǎn)品的熔接痕強度，降低表面熔接線。為了保證材料制品表觀顏色的要求，對改性PP基礎(chǔ)材料的選擇也有更嚴(yán)格的要求，需要使用專門合成的PP材料滿足改性要求。
性能要求合理化，對于不同部位的產(chǎn)品，材料性能要求更為合理。例如，儀表板使用的改性PP已經(jīng)達(dá)到了2G的彎曲模量和25KJ/m2的沖擊強度，而門護(hù)板則要求在5KJ/m2左右的沖擊強度即可。這樣可以有效控制成本，并滿足制品性能要求。
密度成為重要指標(biāo)。為了有效降低材料成本，在材料性能嚴(yán)格要求的同時，材料密度也成為一項重要的指標(biāo)。目前，國內(nèi)商用車塑料材料的價格已經(jīng)占到塑料零部件價格的1/2，因此材料密度對于制品成本控制具有重要的作用。
上述幾個方面的要求往往是相互限制，因此對于材料的配方設(shè)計、制品加工等都提出了比以前更為嚴(yán)格的要求。同時，隨著材料合成技術(shù)和加工技術(shù)的進(jìn)步，部分內(nèi)飾產(chǎn)品也開始用純PP材料，進(jìn)一步降低了材料成本。
2、ABS類材料
ABS的品種多，表面處理效果好，價格低。因此在車身材料中一直廣受歡迎。由于ABS耐候性差，目前商用車中已經(jīng)廣泛使用高耐候的AES、ASA等材料作為ABS的補充。當(dāng)產(chǎn)品需要表面處理時，例如水轉(zhuǎn)印膜、噴涂時，采用ABS；不需要表面處理時，選用ASA、AES等。
3、SMC等玻纖增強材料
SMC綜合性能遠(yuǎn)超過其他工程塑料、并且是可以在線噴漆的材料，在商用車車身開發(fā)中一直占有重要的位置。
目前車用SMC的彎曲模量一般超過10GPa，沖擊強度高達(dá)60KJ/m2以上，可以制備保險杠、支柱、發(fā)動機面罩、各類擋板等大表面積的制品。其他熱塑性玻纖增強工程塑料也由于強度高，在實際使用中得到了廣泛的應(yīng)用，例如PC/PET-GF10、PP-GF30等材料。
二、車身塑料材料的使用趨勢
車身塑料的使用除了性能要求和工藝要求等客觀條件，還受到材料使用趨勢等影響。這種趨勢往往會形成強制的要求。目前在車身用塑料材料中，下面幾個趨勢正在成為現(xiàn)實。
材料統(tǒng)一性
這種統(tǒng)一包括基礎(chǔ)材料和填料使用類型統(tǒng)一，用來方便回收增值。目前，內(nèi)飾用塑料材料已經(jīng)向著聚烯烴材料的方向統(tǒng)一，主要是改性PP、PE材料、聚烯烴彈性體等。外裝材料目前仍然有多種材料在不同的車型中使用，目前主要的使用品種為改性PP、SMC、ABS類等。車用材料的回收已經(jīng)成為一項法規(guī)性項目，塑料材料由于回收方便，可以在這方面做出一定貢獻(xiàn)。
車身內(nèi)飾空間的環(huán)境保護(hù)
目前，由于內(nèi)飾附件已經(jīng)基本塑料化，塑料制品在加工裝配過程和使用過程中，會揮發(fā)出大量的有機（VOC）。有效降低VOC已經(jīng)是內(nèi)飾材料的一個重大課題。目前，國內(nèi)外許多材料廠商都在致力于低味道、低揮發(fā)性改性材料和環(huán)境友好型粘接劑等材料，滿足車身內(nèi)飾的環(huán)境保護(hù)要求。對于抗菌面料的研究也在努力推進(jìn)中。
低成本材料方案
塑料制品的價格優(yōu)勢主要表現(xiàn)在加工裝配簡單。但是塑料本身是一種高價材料，并且材料價格對制品價格的影響較大。塑料材料的價格已經(jīng)占到塑料零部件價格的1/3～1/2，這也說明車用塑料制品加工技術(shù)相對落后、制品功能性差導(dǎo)致增值過程太低，限制了車用塑料制品采用更優(yōu)異的加工技術(shù)提高產(chǎn)品性能。低成本方案現(xiàn)在主要有兩種方式，第一是采用更低廉的材料，比如回收材料等。這種低附加值創(chuàng)新只能進(jìn)一步惡化國內(nèi)零部件環(huán)境。第二是采用性能更優(yōu)異的材料，通過降低產(chǎn)品用料來降低材料成本，同時提高加工技術(shù)。這種創(chuàng)新型低成本材料方案是塑料供應(yīng)商和制品加工廠商一直在從事的方向，但是目前仍然收到價格限制而進(jìn)步緩慢。
三、車身塑料應(yīng)用的飽和性分析
目前，車身附件的塑料材料使用已經(jīng)達(dá)到了一個很高的水平。塑料材料要擴大在商用車車身的應(yīng)用，在可以預(yù)見的一段時間內(nèi)，仍受到技術(shù)限制。分析車身附件塑料的飽和性，對于材料的進(jìn)一步使用和發(fā)展都有重要的意義。
1、材料使用部位的飽和性分析
目前，車身內(nèi)飾和外部裝飾中，大表面積零件的塑料使用也已經(jīng)得到了飽和程度。僅僅有部分零件尚未塑料化。主要包括各類支撐固定板、儀表板梁及其支架總成、座椅支架等各類支架等。這些部位由于收到一定的拉、壓、彎等應(yīng)力，往往采用金屬部件。事實上，象座椅支架這樣的產(chǎn)品，已經(jīng)開始嘗試塑料材料。目前，長玻纖增強塑（LFT）已經(jīng)廣泛使用在國外轎車領(lǐng)域，對于這些支架產(chǎn)品是非常合適的一類材料，由于新材料的成本和加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，車身內(nèi)飾外裝部件實現(xiàn)全部塑料化已經(jīng)非常接近。對于轎車上不斷推進(jìn)的全塑車身，商用車目前并不具備可比性。但是像車門這樣的大型制件，采用塑料成型有一定的可行性。部分車身部件也已經(jīng)采用SMC等作為成型部件使用多年。全塑車身發(fā)展過程中研究的高級加工技術(shù)，也推動了其他車身塑料部件進(jìn)步。
2、材料使用類型的飽和性分析
同一制品使用的塑料材料中，往往可以采用不同的塑料類型。一般說來，任何一個制品都可以有2～3種材料滿足使用要求。例如，發(fā)動機面罩可以采用SMC、ABS噴涂、改性PP、AES等材料，保險杠材料也可以采用金屬、SMC、改性PP、PC/PBT等多種材料。目前已經(jīng)形成了多材料相互競爭的局面。在設(shè)計初期，考慮成本、產(chǎn)量、車型配置，并預(yù)測后續(xù)產(chǎn)品改進(jìn)等因素，進(jìn)行合理的選擇。隨著新材料的不斷進(jìn)步，有更多的材料供車身產(chǎn)品選擇。
3、塑料制品的問題與解決方案
雖然車身附件中塑料制品得到了廣泛的使用，但是在使用中仍然存在許多問題。這些問題會導(dǎo)致客戶對塑料制品的滿意度下降，設(shè)計人員懷疑塑料制品的性能。一般來說，這種滿意程度下降的直接反應(yīng)就是改換為金屬制品或者采用更高等級的塑料制品，從而增加了產(chǎn)品成本。
例如，對于PP材料而言，無論如何改性，總是存在著低溫脆性和高溫剛性的矛盾，后結(jié)晶現(xiàn)象也造成尺寸穩(wěn)定性相對較差。雖然針對不同制品采取了不同的材料方案和設(shè)計方案，外部裝飾件的部分改性PP制品總不是令人滿意。目前，新開發(fā)的商用車身（特別是中高檔商用車）在重要外裝件的使用中，明顯降低了改性PP產(chǎn)品，而使用SMC作為保險杠、AES作為面罩等。從設(shè)計人員的反饋來看，改性PP的外裝制品已經(jīng)是低擋產(chǎn)品的別稱。通過加工技術(shù)的進(jìn)步來提高改性PP制品滿意度的工作作為一個相對落后的領(lǐng)域，應(yīng)該給予相當(dāng)?shù)淖⒁狻?nbsp;
塑料制品使用過程中的高維修費用也是一個問題，特別是保險杠這樣的重要產(chǎn)品。雖然塑料保險杠可以在發(fā)生事故時可以起到保護(hù)對方的作用。但是絕大部分用戶對塑料保險杠使用過程中的易損壞性和高維修費用總是不滿意。
從產(chǎn)品設(shè)計角度看來，目前最重要的依然是基于裝配的設(shè)計（DFA），設(shè)計重點在于裝配和運動干涉等信息，車身設(shè)計人員關(guān)注制品最后使用狀態(tài)，卻往往在設(shè)計初期無法預(yù)測塑料產(chǎn)品在制造過程中帶來的潛在風(fēng)險。塑料材料的使用都是通過制品制造體現(xiàn)出來，所有的零部件必須制備合格，才可以滿足設(shè)計和使用要求。在材料選擇和性能匹配已經(jīng)相對完善的今天，基于制造的設(shè)計（DFM）就成為塑料應(yīng)用的新課題。從現(xiàn)有發(fā)展看來，車身塑料制品的DFM主要表現(xiàn)在產(chǎn)品成型新工藝和CAE模擬兩個方面。
在成型工藝方面，低壓成型技術(shù)一直是塑料產(chǎn)品成型加工中大力發(fā)展的領(lǐng)域。氣體輔助成型、注塑－壓制工藝、模內(nèi)裝飾工藝等，都是低壓成型技術(shù)的具體應(yīng)用。其中氣體輔助成型已經(jīng)得到了廣泛的使用。新工藝的實行，可以突破塑料制品原有設(shè)計限制，給車身塑料制品帶來質(zhì)的提高。
CAE模擬技術(shù)包括應(yīng)力分析CAE和模流模擬CAE，也已經(jīng)在生產(chǎn)中得到了應(yīng)用。CAE技術(shù)有助于對制品強度和加工過程中出現(xiàn)的問題預(yù)測。目前，車身塑料制品的質(zhì)量控制已經(jīng)達(dá)到了量化階段。CAE模擬可以有限控制開發(fā)風(fēng)險，降低產(chǎn)品試制次數(shù)。
當(dāng)成型加工和CAE模擬都用于產(chǎn)品開發(fā)階段時，材料、制品設(shè)計、加工形成了三位一體的高級階段。目前國內(nèi)的商用車車身塑料產(chǎn)品設(shè)計正在向這方面迅速發(fā)展。
結(jié)束語：商用車車身塑料應(yīng)用目前已經(jīng)進(jìn)入了一個較高的平臺，相對飽和的使用量和多品種的塑料材料選擇對商用車車身附件的開發(fā)提供了可靠的保障。同時，基于制造的設(shè)計（DFM）將是下一步車身塑料制品開發(fā)的重要手段。這將更進(jìn)一步提高塑料產(chǎn)品的可靠性，解決用戶關(guān)心的實際問題。 - ■ 與【我國商用車車身塑料使用現(xiàn)狀與趨勢】相關(guān)新聞
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