尚洋 王曉婧

摘 要：汽車用復(fù)合性材料指的是長纖維增強(qiáng)的、以樹脂為基體的一類材料，其是否可以回收利用是由樹脂的性能決定的，如果樹脂是熱固性的，那么該材料則同樣是熱固性的。這種材料某些性能相比于熱塑性的材料要差一些，本文對熱塑性復(fù)合材料進(jìn)行了簡單介紹。本文首先列舉了熱塑性材料的常見種類和特點(diǎn)，并分析了聚丙烯基熱塑性復(fù)合材料在使用中的常見問題，最后就如何提高聚丙烯基熱塑性復(fù)合材料制品表面質(zhì)量進(jìn)行了一定的分析，希望通過本文可以有效地促進(jìn)熱塑性復(fù)合材料在汽車外飾件中的使用，使汽車行業(yè)再一次進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：熱塑性復(fù)合材料；汽車外飾；應(yīng)用分析

1 引言

在以往汽車外飾中經(jīng)常使用的材料一般是熱固性材料，這種材料的廢棄件和邊角余料經(jīng)常是通過掩埋或者焚燒進(jìn)行處理的，這樣的處理方式會(huì)造成環(huán)境的污染問題。但是使用熱塑性材料則不會(huì)出現(xiàn)些類似問題，熱塑新材料不僅可以進(jìn)行循環(huán)利用，還具有密度低、成本低、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。在生產(chǎn)中使用這一材料代替金屬材料或者是熱固性材料可以實(shí)現(xiàn)輕量化的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，所以這種材料在汽車中的使用范圍越來越廣。

2 熱塑性復(fù)合材料的種類和特點(diǎn)

現(xiàn)階段在汽車外飾材料使用中，常見的材料主要有GMT材料和LFT材料兩種，下面簡單介紹這兩種材料的特點(diǎn)。

GMT材料的基體樹脂材料是聚丙烯，其具有許多優(yōu)點(diǎn)，如密度低、加工性好等，在現(xiàn)階段使用較多。這種材料需要使用壓模的方式進(jìn)行成型，片材需要先進(jìn)行預(yù)熱，在220℃左右，然后才可以進(jìn)行零件的制作。這種材料具有較強(qiáng)的耐沖性，所以經(jīng)常用來替換汽車原來的金屬和熱固性材料，主要進(jìn)行汽車前端模塊框架或者是汽車儀表板骨架等方面的制作，用來替換高強(qiáng)度骨架類零件。

LFT材料可以先被制作成粒狀或者片狀，然后運(yùn)輸?shù)綇S家進(jìn)行各種零件的制作，這一工藝的名字叫做LFT-G，也可以直接進(jìn)行在線生產(chǎn)，這一工藝技術(shù)叫做LFT-D。這種材料具有較強(qiáng)的剛度和強(qiáng)度，所以這一材料可以用來彌補(bǔ)其它短纖維熱塑性材料的缺點(diǎn)，常被用來在制作油門踏板、塑料齒輪等零件。LFT材料同樣可以進(jìn)行注塑成型，在設(shè)計(jì)空間上比較大，但是這種材料在強(qiáng)度和模量方面比GMT材料略低。如果在設(shè)計(jì)過程中對各項(xiàng)問題把控比較準(zhǔn)確，則可以進(jìn)行保險(xiǎn)杠骨架和前端框架的制作。

3 聚丙烯基熱塑性復(fù)合材料的常見問題

聚丙烯材料具有很多優(yōu)良的性質(zhì)，但是它同樣具有一些比較明顯的缺點(diǎn)，下面就簡單闡述在使用過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的幾個(gè)問題。

第一個(gè)問題是因?yàn)榫郾┦且环N非極性高分子材料，所以為其表面能非常低，結(jié)晶度比較高，與油漆等材料的結(jié)合效果非常差，直接進(jìn)行涂抹油漆的話，因?yàn)檎辰Y(jié)強(qiáng)度較差，非常容易掉落。第二個(gè)常見的問題是表面玻纖外露問題，作為復(fù)合材料最主要的特點(diǎn)是可以通過調(diào)整纖維和樹脂的分布進(jìn)行控制材料的設(shè)計(jì)，使其可以更好的滿足材料的要求，在聚丙烯材料中的玻纖量一般是在二到四成，有時(shí)為了提高強(qiáng)度會(huì)增加到六成作用。所以在使用過程中一般將玻纖用在內(nèi)部的夾層中，在少于四成時(shí)，如果不進(jìn)行特殊的處理很容易出現(xiàn)外露現(xiàn)象。

4提高聚丙烯基熱塑性符合材料制品表面質(zhì)量的措施

對于一些可以用聚丙烯材料代替原始材料，對外觀要求又不是很高的零件，通過選擇合適的聚丙烯材料，并進(jìn)行一定的配比調(diào)整、制作工藝的改善，再通過合適的表面處理，就可以達(dá)到其對外觀的要求。

4.1 材料的選擇和配方的改善

在進(jìn)行選擇使用材料的過程中需要選擇熔融指數(shù)較大的材料，使其粘度降低，流動(dòng)性增強(qiáng)。在增強(qiáng)材料的強(qiáng)度過程中，不能只是依靠選擇強(qiáng)度高的樹脂來達(dá)到目的，否則的話會(huì)對材料的外觀造成非常嚴(yán)重的影響，而且會(huì)導(dǎo)致其因浸潤性較差而無法充分的浸潤玻璃纖維，使玻璃纖維的強(qiáng)度無法有效發(fā)揮，導(dǎo)致其整體強(qiáng)度下降。所以如何保證樹脂對玻纖的浸潤性是非常重要的，也是避免纖維外露最重要措施。而且在確定聚丙烯樹脂配方時(shí)也要考慮其流動(dòng)性，使樹脂和玻璃纖維可以更好的浸潤和融合。

4.2 成型工藝的改善

成型工藝的改善主要包括注塑成型和模壓成型兩種。在注塑工藝中，用于LFT注塑的模具應(yīng)該有比較大且呈圓形的澆筑口，不能有過多的尖角和各種又小又深的凹陷或者凸起，否則會(huì)造成模具表面有過多的凸起結(jié)構(gòu)，使玻璃纖維的流動(dòng)不夠順暢。零件的產(chǎn)量不是很大時(shí)，可以使用短纖維設(shè)備進(jìn)行長纖維材料的制作，但是在生產(chǎn)量較大是則需要使用專門的設(shè)備進(jìn)行制作。

在模壓工藝中，無論是GMT材料還是LFT材料在進(jìn)行加工之前都要對片材進(jìn)行加熱處理，并提高加熱溫度并將加熱出口和壓機(jī)之間的距離縮短，使熱量散失較少，保證材料可以進(jìn)行更好的流動(dòng)，模壓的速度和壓力等因素都很重要，較大的壓機(jī)和較快的模壓速度可以使其更好的流動(dòng)[3]。片材的加料方式和輔料為之同樣要考慮材料的流動(dòng)性，使材料的流動(dòng)距離比較大，使其可以均勻位移。在設(shè)計(jì)模具的過程中需要保證在大表面設(shè)計(jì)上具有一定的弧度，避免因流動(dòng)性差導(dǎo)致其表面質(zhì)量和受到影響。

4.3 零件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的改善

想要使用熱塑性材料代替金屬材料的使用，必須經(jīng)過重新設(shè)計(jì)。使用復(fù)合型材料進(jìn)行設(shè)計(jì)零件必須全面滿足復(fù)合材料的特點(diǎn)，并滿足其成型的要求，主要有：（1）壁厚應(yīng)該均勻，不均勻處需要平滑過渡。（2）壁厚不應(yīng)該超過6毫米，避免出現(xiàn)凹陷、氣泡或應(yīng)力集中等問題，導(dǎo)致對其外觀和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生影響。（3）應(yīng)該多使用圓角結(jié)構(gòu)，避免使用尖角等結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力現(xiàn)象。（4）加強(qiáng)筋要對稱分布，不可以出現(xiàn)太寬或者太高的現(xiàn)象。（5）少設(shè)計(jì)凸起結(jié)構(gòu)，否則會(huì)使零件脫落困難，也會(huì)對玻纖的流動(dòng)性產(chǎn)生影響。

4.4 表面處理

腐蝕花紋是常見的表面處理方式，通過這一方式可以有效提高零件的表面質(zhì)量，使一些表面問題變得不明顯。常見的處理花紋有皮紋、磨砂紋等。腐蝕花紋之間過渡應(yīng)該平緩，在零件側(cè)邊或者翻邊上的花紋與脫模方向之間的角度不能大于150。

噴涂工藝經(jīng)常使用在保險(xiǎn)杠、側(cè)圍板、翼子板和導(dǎo)流板等熱塑性復(fù)合材料的汽車外表面零件上，聚丙烯復(fù)合材料的噴涂工藝比較復(fù)雜，需要經(jīng)過前處理、噴涂底漆和噴涂面漆三個(gè)步驟才可以完成。前處理可以使其表面產(chǎn)生極性基團(tuán)，如果材料的基礎(chǔ)樹脂進(jìn)行過極性化處理，或者PP專用漆的附著性較好，可以不用進(jìn)行前處理。前處理的防止主要有物理方法和化學(xué)方法兩種方式，化學(xué)法包括氯化、酸洗等浸蝕法和紫外線照射、等離子聚合等氧化法，物理方法主要有火焰法、噴涂法、電暈法和激光法等常用方法，使用不同的前處理方式，所得到的效果也不同，所以可以同時(shí)使用多種方式共同進(jìn)行，現(xiàn)階段利用聚丙烯的噴涂性能進(jìn)行改性的方式比較常見，但是復(fù)合材料的改性有一定的難度，還需要通過研究找出穩(wěn)定的配方[5]。通過聚丙烯分子與底漆分子之間形成的化學(xué)鍵可以有效地將零件表面的底漆附著力提高。對于面漆而言，最重要的是裝飾性、耐腐蝕性、耐磨損性和環(huán)保性能，當(dāng)表面質(zhì)量較差時(shí)，可以使用黑色的面漆遮擋存在缺陷的位置。

進(jìn)行噴漆工作的過程比較復(fù)雜，所以在一些小規(guī)模的生產(chǎn)中不會(huì)使用這一方式，經(jīng)常使用另一種相對簡單的方式代替，就是貼膜法。在聚丙烯復(fù)合材料貼膜時(shí)經(jīng)常使用的是PC膜、PET膜、PMMA膜和TPE膜等，具體的選擇需要根據(jù)零件的不同以及使用情況的不同進(jìn)行實(shí)際的選擇。貼膜工序可以與壓膜同時(shí)進(jìn)行，或者在零件完成之后，再進(jìn)行加熱貼膜。將膜放入到壓膜機(jī)之后，膜上的膠劑受熱融化，就會(huì)與零件粘合在一起，達(dá)到美化零件外觀的效果。

5 結(jié)語

在過去的一段時(shí)間內(nèi)，沒有使用熱塑性材料是因?yàn)槠錈o法進(jìn)行噴涂，而且表面的質(zhì)量較差，使其無法再外飾件中廣泛使用。但是經(jīng)過新興技術(shù)的不斷研發(fā)，使其在外飾件中的使用成為可能，而且逐漸成為熱門。在使用這一材料過程中，還需要相關(guān)研究人員繼續(xù)優(yōu)化使用技術(shù)，使其更加符合部件的特點(diǎn)，使這一材料的適用范圍越來越廣，為我國的汽車行業(yè)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。