【文章內(nèi)容簡介】 航天工業(yè)。 納米技術(shù)近年對塑料也有相當(dāng)?shù)呢暙I(xiàn)。先進(jìn)的TPO納米材料具有重量輕、表現(xiàn)良好及經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)。此物料首次用于汽車外部件，便是在GM中型貨車出現(xiàn)的復(fù)合部件，為一方便乘客上落的裝置。該部件的強(qiáng)度高及重量輕，在寒冬時(shí)的脆性較低。由于沒有額外使用添加劑，沒有循環(huán)再造的問題。納米復(fù)合部件與傳統(tǒng)TPO部件的體積相約，但由于所需的物料更少，因此成本較低。納米部件與熱塑性塑料制品的生產(chǎn)程序一樣，無需采用另類模具或考慮個(gè)別模具的設(shè)計(jì)。制造納米復(fù)合物時(shí)，只需在樹脂加入固體以提高強(qiáng)度，其使用的粒子極細(xì)，厚度只有106mm；相對來說，加入纖維的TPO的平均厚度高出一千倍。塑料車身板前景如何？Kermit Whitfield2005版通用土星Relay微型廂車于去年秋季推向市場，該車型最值得注意的一點(diǎn)是－他沒有了塑料車身板。盡管土星長久以來一直在聚合物車身板應(yīng)用領(lǐng)域拔得頭籌，而其他所有的汽車廠商仍然在應(yīng)用傳統(tǒng)的壓鑄鋼。但是以前一度獨(dú)立的土星（通用分公司）如今正越加緊密地回歸通用的產(chǎn)品群，這意味著將會使用更多的鋼材料。在即將于新的平臺上生產(chǎn)推出的大SUV和Roadster（雙座敞篷車）中，也將確定使用鋼材制造車身板（盡管土星在這個(gè)項(xiàng)目上對外保持沉默）。這不得不讓我們產(chǎn)生懷疑 ：如果使用聚合物材料的推動力正在日益淡出人們的視野，那么塑料車身板還有前景么？ 塑料的遠(yuǎn)去。土星曾生產(chǎn)了三百多萬輛配備塑料車身板的汽車，但是 Relay車型卻第一次采用全鋼結(jié)構(gòu)，而且這種情形還會不斷發(fā)展下去。來自塑料材料供應(yīng)商的回答無疑是“當(dāng)然”，而且充滿信心。事實(shí)上，他們?nèi)缃駥λ芰喜牧系膽?yīng)用前景比過去更為樂觀，這是因?yàn)樗麄兙C合市場、成本和技術(shù)各類因素，創(chuàng)造出更有利于塑料材料的應(yīng)用環(huán)境，至少在某些特定的應(yīng)用類型中，的確是這樣的。汽車上主要引人關(guān)注的易碰撞點(diǎn)是擋泥板和車身板。據(jù)拜耳聚合物公司（Bayer Polymers）預(yù)測，到2010年，美國和歐洲僅就熱塑擋泥板一項(xiàng)的市場需求就將翻上一番。而來自GE高新材料公司（GE Advanced Materials）車身板與玻璃裝配部門全球項(xiàng)目總監(jiān)Mutsuo Aoki先生更是指出，從2007年開始，“市場將發(fā)生爆炸性增長”。這是什么原因？根據(jù)Aoki先生的解釋，汽車生產(chǎn)廠商，特別是位于如歐洲和日本等高能源成本地區(qū)的廠商，將日益對塑料車身板發(fā)生興趣，因?yàn)樗芰现栖嚿戆逯挥邢鄳?yīng)鋼材料的一半重，這將有效減輕汽車重量，節(jié)省燃油。而且，在歐洲，由于對汽車前衛(wèi)式樣的需求再加上行人安全立法的出臺，塑料材料將更具優(yōu)勢，這是由于塑料給了設(shè)計(jì)者更多的設(shè)計(jì)自由，而且在發(fā)生汽車碰撞時(shí)，塑料也比鋼材更具安全性。 塑料供應(yīng)商期望在未來幾年中塑材能在擋泥板市場中出現(xiàn)火爆。 但是，寶馬公司并沒有為此等待，他在其新型寶馬6系列車型中并 未曾使用GE高新材料公司的先進(jìn)材料－Noryl GTX resin。而在北美，除了燃油價(jià)格較低和車型式樣保守以外，還有另外一些因素阻礙了塑料應(yīng)用。其中最大的影響因素就是日趨小型化的生產(chǎn)運(yùn)作以及日益擴(kuò)大的車輛區(qū)別。塑料供應(yīng)商承認(rèn)在高年產(chǎn)量的情況下，無法與鋼材供應(yīng)商競爭，這是由于大量塑料模具的高成本以及注塑模成型的高循環(huán)周期造成了單件成本高于壓鑄鋼件。但是，當(dāng)年產(chǎn)量在8萬件以下時(shí)，注塑成型塑料車身板的成本仍然低于大型級進(jìn)沖壓模的投資成本。由于具備該類年產(chǎn)量的汽車制造廠商數(shù)目不斷增多，對于塑料車身板的需求也日益增加。當(dāng)然，事實(shí)是，在美國不曾影響到塑料應(yīng)用的鋼材和汽油價(jià)格目前也在不斷上升，因此汽車制造商也在其設(shè)計(jì)的新車型達(dá)到量產(chǎn)之前試圖準(zhǔn)確預(yù)測這些商品在未來幾年的價(jià)格走向。 耐高溫 對于塑料供應(yīng)商來說，另一個(gè)令人樂觀的原因是塑料材料的技術(shù)發(fā)展已大大引起了汽車制造商的興趣。多年來，塑料車身板的最大致命缺點(diǎn)（阿基里斯的腳踵）就是其無法承受汽車噴漆爐的高溫而發(fā)生變形。土星車解決這個(gè)問題的辦法是，在進(jìn)行總成裝配前，將塑料車身板附著于立體模型架，然后進(jìn)行低溫電子噴涂工藝，但問題是，這項(xiàng)所謂“在線”工藝需要額外的空間和設(shè)備，并要在汽車制造廠中進(jìn)行空間設(shè)計(jì)，這對于某些汽車制造商來說，并不愿意去做。另一個(gè)解決辦法則是，在室內(nèi)或供應(yīng)商處進(jìn)行離線噴涂，但是這個(gè)方法有點(diǎn)冒險(xiǎn)，這是因?yàn)榭赡艽嬖陬伾呛隙鹊牟町悊栴}。拜耳聚合物公司車身外飾件分管經(jīng)理David Loren先生稱 ：“整車制造商曾說過，‘要么給我們在線噴漆的方法，否則什么也別給?！爆F(xiàn)在，塑料供應(yīng)商終于完成了這個(gè)目標(biāo)，研制出了能承受在線噴漆所必需的200攝氏度高溫環(huán)境的各種塑料材料。能制造這類材料的公司有：羅地亞工程塑料公司（Rhodia Engineering Plastics）、拜耳聚合物公司（Bayer Polymers）和GE高新材料公司（GE Advanced Materials）。羅地亞工程塑料公司會計(jì)經(jīng)理Gary Kachin先生聲稱 ：“在線噴漆能力能重振塑料車身板市場?！?抗伸縮 塑料供應(yīng)商另一個(gè)較少成功克服的難題是塑料車身板在極端溫度中的伸縮問題。塑料具有比鋼更高的線性熱膨脹系數(shù)（CLTE），因而需要更多的伸縮空間。這就需要更寬的車身板間隙，而大多數(shù)汽車制造商出于精密配合的質(zhì)量考慮并不希望如此。這個(gè)問題理論上可以通過將擋泥板和車身板堅(jiān)固固定于車門一側(cè)并允許其向另一方向單向伸縮來得以改善。但是，其實(shí)并不理想，因?yàn)檐囬T是必須能雙向伸縮的，所以匹配性并不佳。因此，塑料需要在其配方中改變混合配比和增加礦物填充劑來減少其線性熱膨脹系數(shù)，但是至今為止，仍然無法趕上鋼材，也沒有人相信能趕上。GE高新材料公司的Aoki先生稱，可以通過智能的設(shè)計(jì)彌補(bǔ)熱膨脹系數(shù)上的差距，他指出他所在的公司正在拓展智能塑料車身板調(diào)試設(shè)計(jì)工作。但是就如同土星一樣，智能汽車的設(shè)計(jì)從頭開始就以塑料為應(yīng)用材料，但是汽車制造商并不愿意顛覆其已成熟的設(shè)計(jì)工藝來包容如聚合物車門這樣的奇想。事實(shí)上，塑料材料之所以重新走紅擋泥板和車身板市場，主要的原因是可以取消一些特殊的處理工序。 至于橫向車身板件，例如發(fā)動機(jī)罩、車頂板和車層蓋等，在可以預(yù)見的未來將仍然由鋼材主導(dǎo)市場。這些大型板件需要很高的剛性，很小的變形度，而且能承受高溫。這些并不是熱塑力所能達(dá)到的性能。拜爾公司的Loren先生稱，一些熱塑材料，例如SMC，正在“慢慢開始涉入市場”。但是，很明顯，沒有人認(rèn)為這在短期內(nèi)會占據(jù)很大的市場份額。因此，回到我們文章最初關(guān)于塑料車身板的發(fā)展前途的問題，答案是：有前途但是前途有限。 還記得通用土星商務(wù)車由于安裝了塑料車身板，而顯示出的側(cè)邊安全反彈性能么？很好的主意，不是么？但是顯然，并沒有被廣泛普及。現(xiàn)在的問題是：該技術(shù)會否發(fā)展下去？寶馬汽車致力于塑料應(yīng)用鄧美寶在汽車講求輕量化的時(shí)候，塑料在這領(lǐng)域找到它的用武之地。無論是車身、內(nèi)飾件以及外飾件等地方，都可以找到不同種類的塑料應(yīng)用。作為全球最大的汽車制造商之一，寶馬(BMW)也因應(yīng)潮流所趨，使用了大量的塑料。 寶馬M3 CSL汽車寶馬汽車在德國慕尼黑設(shè)有2家工廠，分別位于Landshut及Dingolfing，兩廠共有員工超過26,000名，負(fù)責(zé)零部件制作、車款開發(fā)及組裝工序，用于各款寶馬汽車、摩托車以至一級方程式賽車。Landshut工廠生產(chǎn)合金、塑料外飾件及內(nèi)飾件，以及汽車傳動軸和備用發(fā)動機(jī)；Dingolfing則以組裝為主，特色之處是其組裝線靈活性高，一條組裝線可裝配4款不同型號的寶馬汽車。 公司運(yùn)作性能及材料開發(fā)總監(jiān)Rudolf Stauber博士指出，現(xiàn)時(shí)轎車對減重的要求越來越高，所以有必要多采用塑料或輕金屬來取替以往的鐵制部件。以寶馬7系為例，其總重量為1935千克，%。雖然這個(gè)數(shù)字可能還不太高，但Stauber博士預(yù)測，2005年聚合物及彈性體在汽車的使用將超過20%。 除了減輕汽車的重量外，Stauber博士還指出了幾項(xiàng)未來汽車的發(fā)展重點(diǎn)：改善材料與環(huán)境的兼容性、提高司機(jī)及乘客的安全、提升實(shí)用價(jià)值，以及使用更多納米技術(shù)。 寶馬汽車現(xiàn)有使用的塑料大致包括熱塑性塑料、熱固性塑料、彈性體及熱塑性彈性體等。如，與厚鋼板制成的同類部件相比，革新性熱塑性塑料車身側(cè)板重量更輕，兩塊前側(cè)板可降低每車重量大約4公斤。這一設(shè)計(jì)理念可進(jìn)一步增強(qiáng)寶馬6系車型的行駛動力性能。另一重要的優(yōu)點(diǎn)是，采用塑料部件，寶馬設(shè)計(jì)師可繼續(xù)確保寶馬6系Coupe和敞篷車型側(cè)板從頭至尾的優(yōu)美線條。如果采用傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)，不可能以同樣方式將側(cè)面裝飾件整合于側(cè)板內(nèi)。而且，熱塑性塑料作為一種可逆向成型的材料，與鋼質(zhì)材料相比，在一些碰撞中如停車時(shí)可能造成的輕微碰撞不會造成嚴(yán)重影響。 碳纖維增強(qiáng)塑料應(yīng)用 寶馬塑料應(yīng)用的一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目是重量輕的復(fù)合材料―碳纖維增強(qiáng)塑料(CFP)。寶馬BMW FW25單殼式一級方程式賽車就是利用這種超強(qiáng)的輕質(zhì)材料制成。該材料的特點(diǎn)是： 1． CFP可大幅度減輕汽車重量，特別適合制作車體部件?，F(xiàn)代汽車中，車體占整車重量的15～20%，采用CFP塑料制成車體部件，其重量比鋁材和鋼材分別輕30%和50%以上。即，這一先進(jìn)材料可減輕整車重量達(dá)10%。 2． 除了大幅度減輕整車重量之外，CFP塑料車體部件的最大優(yōu)勢在于其在碰撞時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的強(qiáng)度和剛度。，受力主要集中在纖維本身的定向流方向。因此，可選擇合理的排列，將纖維彼此層疊構(gòu)建，從而優(yōu)化CFP塑料的特色功能和特性，將其調(diào)整到預(yù)期的強(qiáng)度和負(fù)載條件。 3． CFP塑料的另一優(yōu)勢是可制成高度整合的超大型車體部件，這些部件如果用鋁材或鋼板制成，制作過程十分復(fù)雜。這樣，為車體設(shè)計(jì)和建造等方面提供了巨大優(yōu)勢，固定和支承等功能可直接整合于部件本體之中。即使復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件或整車模塊，均可用同一模具一體化制作，從而減少車體所需部件的數(shù)量。 通過Landshut廠CFP塑料專家、寶馬研究革新中心專家和寶馬公司汽車工程師的密切合作而開發(fā)和設(shè)計(jì)，寶馬BMW M3 CSL型汽車的車頂充分體現(xiàn)了采用輕質(zhì)CFP增強(qiáng)車體結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。為了保證部件所需的穩(wěn)定性之外，考慮材料的光潔度和外觀，還采用了最佳的生產(chǎn)流程，以利用透明層漆面展現(xiàn)CFP材料的組織結(jié)構(gòu)。BMW M3 CSL型汽車車頂在Landshut廠分三個(gè)生產(chǎn)階段制成。第一階段中，將5層專用碳纖維層疊放置進(jìn)行預(yù)成型。這一階段的重要要求，同時(shí)也是這一過程的一項(xiàng)重大革新，是確保碳纖維妥善排列，準(zhǔn)確到位，具備合理的結(jié)構(gòu)，提供車頂所需的穩(wěn)定性和外觀。第二階段是樹脂壓鑄（RTM）注射工藝，將已預(yù)成型的多層碳纖維墊放入1,800噸壓機(jī)，將透明型環(huán)氧樹脂注射到材料之中。然后，車頂在高溫模具中硬化，最后，由機(jī)械手從模具中拆除，漆上透明漆。 這一新的生產(chǎn)流程在全球?qū)偈状蜗盗谢瘧?yīng)用，它體現(xiàn)了兩個(gè)特點(diǎn)：首先，由于生產(chǎn)流程高度自動化，車頂制造所需的時(shí)間至少縮短了1/5。其次，與鋼質(zhì)車頂相比，寶馬M3 CSL型汽車的車頂重量減輕了50%或6公斤。 仿真軟件的應(yīng)用 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)技術(shù)，通過三維（3D）演示，使計(jì)算結(jié)果“有形化”，從而使整個(gè)開發(fā)隊(duì)伍得到工作和結(jié)果的確實(shí)概念。在研制車身蒙皮革新部件的過程中，寶馬采用了最先進(jìn)的仿真法。如，在將塑料灌注于注射成型的車身側(cè)板模具時(shí)，充分考慮了各種高溫和機(jī)械因素，始終采用計(jì)算機(jī)輔助仿真程序。由此，寶馬公司塑料技術(shù)專家優(yōu)化了各部件的功能特色和品質(zhì)。 側(cè)板注射成型模具 左右側(cè)板采用熱塑性材料通過注射成型工藝制成。這一工藝中所用的注射成型模具，充分考慮了各個(gè)搭接點(diǎn)和工段，當(dāng)然，也考慮了部件的復(fù)雜設(shè)計(jì)。因此，這是當(dāng)今汽車制造業(yè)中最復(fù)雜的模具。側(cè)板的特定外形和設(shè)計(jì)，要求采用至少9塊滑動件，以形成水管、保險(xiǎn)杠連接件、車門彎曲部分和輪罩法蘭。當(dāng)中的挑戰(zhàn)是，熱塑性塑料要求嚴(yán)格控制模具內(nèi)溫度，連同滑動件一起，必須能在120℃高溫下順利移動。另一要求是，必須確保寶馬汽車保持高標(biāo)準(zhǔn)表面質(zhì)量，不得留下模具或滑動件壓印。 為了達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)，寶馬公司塑料技術(shù)專家自行開發(fā)了這一模具及其配套理念。結(jié)果，開發(fā)出了一套三壓板式模具，其中，第三壓板作為專用刮板機(jī)架。這一模具用于注射成型機(jī)上，能產(chǎn)生3200噸的閉模壓力。%，模具內(nèi)收縮率大約為1%。清楚顯示了極高的穩(wěn)定力。 為防止滑動件在注射過程中移動，異型滑塊必須精確設(shè)置和調(diào)整，～。注射成型之后，5軸式機(jī)械手將部件拆除，模具及圍繞工件整個(gè)周邊的搭接件不會對部件造成任何損傷。然后，將注塑件從其它鏈段中切下，放置于冷卻計(jì)上。 在下一工序中，一套全自動機(jī)械手將增強(qiáng)件由里向外粘貼在側(cè)板內(nèi)。粘貼之前進(jìn)行等離子加工過程是預(yù)處理階段中十分重要的工序，其目的是保證粘膠得到最佳粘接。最后，考慮到熱塑性塑料部件的膨脹性，必須精密設(shè)置生產(chǎn)用模具和模頭，精度達(dá)到數(shù)十分之一毫米。塑料取代金屬材料推進(jìn)汽車引擎部件的發(fā)展塑料正在美國產(chǎn)汽車的氣門套和進(jìn)氣總管制造中取得新的進(jìn)展。新型玻纖增強(qiáng)尼龍 6 和 66以及熱固性乙烯基酯化合物正在取代金屬生產(chǎn)氣門套 ( 也稱作搖桿或凸輪蓋)，具有質(zhì)量輕、成本低、設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)。在歐洲尼龍氣門套已被人們廣為接受，但是在此之前美國對它還不是很認(rèn)可。 玻纖增強(qiáng)尼龍已經(jīng)在進(jìn)氣總管 (AIM)的加工中建立了牢固的地位，現(xiàn)在一些新型樹脂也開始在以前金屬占據(jù)優(yōu)勢的進(jìn)氣總管加工方面體現(xiàn)出自己的特性。 一種是Dow Automotive公司提供的間規(guī)聚苯乙烯－尼龍 6混合料，用于俄羅斯產(chǎn)的小型汽車上。另外一種是Solvay Advanced Polymers公司的聚鄰苯二甲酰胺(PPA)，一種耐高溫尼龍，用在高功率引擎的配套元件中。 戴姆勒－克萊斯勒公司動態(tài) 戴姆勒－克萊斯勒公司（DaimlerChrysler）最近采用了二種新型塑料氣門套。 一種是用于V6 引擎的增強(qiáng)尼龍 66，據(jù)說是第一種在美國產(chǎn)大容量汽車上使用的熱塑性塑料。同樣，一種用于 V8 引擎的熱固性塑料，據(jù)說也是首次在氣門套上使用，直接注射成型( 不是注射模壓成型)，薄壁設(shè)計(jì)（ 毫米）。 熱塑性塑料氣門套由肯塔基州Russell Springs市的Bruss North America公司制造，它是德國Bruss公司的一個(gè)子公司, 是給歐洲的大眾汽車提供尼龍氣門套的先驅(qū)者，選用的材料是杜邦公司玻璃/礦物質(zhì)