輕質(zhì)GMT板材在商用車(chē)內(nèi)飾頂棚開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用及與麻纖維板制品的對(duì)比

孫銳，袁學(xué)虎，周天平，楊丹，陶駿

（1.湖北雙鷗汽車(chē)飾件公司，湖北十堰442000；2.東風(fēng)商用車(chē)技術(shù)中心工藝所，湖北十堰442001）

輕質(zhì)GMT板材在商用車(chē)內(nèi)飾頂棚開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用及與麻纖維板制品的對(duì)比

孫銳1，袁學(xué)虎1，周天平1，楊丹2，陶駿2

（1.湖北雙鷗汽車(chē)飾件公司，湖北十堰442000；2.東風(fēng)商用車(chē)技術(shù)中心工藝所，湖北十堰442001）

商用車(chē)內(nèi)飾頂棚是駕駛室內(nèi)部重要的NVH部件。介紹在輕質(zhì)GMT板材表面覆合無(wú)紡布制造汽車(chē)頂棚的工藝；分析了商用車(chē)GMT頂棚與普通麻纖板頂棚在機(jī)械性能、隔音、隔熱等性能方面的差別；探討了GMT材料制造商用車(chē)頂棚的一般成型工藝，及它作為一種新型的汽車(chē)輕量化材料在汽車(chē)內(nèi)飾件方面的發(fā)展前景。

輕質(zhì)GMT；麻纖板；隔熱；隔音；輕量化

0 引言

GMT板材（Glass Mat Reinforced Thermoplastics）是一種以熱塑性樹(shù)脂 （尼龍、聚酯等）為基體，以長(zhǎng)玻纖或連續(xù)玻纖氈為增強(qiáng)材料的熱塑性復(fù)合材料，密度為1.0～1.25g／cm3。而輕質(zhì)GMT板材是以 （長(zhǎng)）玻纖增強(qiáng)PP樹(shù)脂制成的熱塑性復(fù)合片材簡(jiǎn)稱，是一種新型GMT材料。輕質(zhì)GMT板材比傳統(tǒng)的GMT材料密度要低，輕質(zhì)GMT板材密度為0.80～0.15g／cm3。同時(shí)該材料還保留傳統(tǒng)GMT材料比強(qiáng)度高、吸 （隔）音性能好、導(dǎo)熱系數(shù)低、尺寸變化率小以及可回收再利用等特點(diǎn)，可以廣泛用于汽車(chē)內(nèi)飾件對(duì)密度、隔熱和吸音性能有要求的領(lǐng)域，如：汽車(chē)內(nèi)飾頂棚 、門(mén)隔板、噪聲屏避罩、行李架等部件。國(guó)外當(dāng)前GMT板材生產(chǎn)工藝有3種：熔融浸漬工藝又稱為干法工藝；介質(zhì)懸浮工藝又稱濕法 （或抄紙法）；流態(tài)化床工藝。但國(guó)外工藝也存在不足：設(shè)備昂貴、加工粉狀聚丙烯費(fèi)用貴。目前國(guó)內(nèi)輕質(zhì)GMT板材成型工藝是采用PP纖維與玻纖多次混合和二次低壓加固工藝，具有不使用粉狀PP降低材料成本、低壓加固減少長(zhǎng)玻纖斷裂風(fēng)險(xiǎn)等特點(diǎn)。

目前國(guó)內(nèi)大部分商用車(chē)汽車(chē)廠的汽車(chē)內(nèi)飾頂棚還在采用麻纖板，國(guó)內(nèi)一款輕型商用車(chē)需要采用新材料新工藝對(duì)車(chē)型進(jìn)行升級(jí)換代，以達(dá)到輕量化、環(huán)保、節(jié)能、舒適，決定將輕質(zhì)GMT板材用于該車(chē)的內(nèi)飾頂棚進(jìn)行替代過(guò)去的麻纖板頂棚。

輕質(zhì)GMT板材：1400g／m2，1200g／m2，厚度4mm，蘇州銀羊公司生產(chǎn)；麻纖板：1400g／m2，1200g／m2，厚度4mm，銅陵華源生產(chǎn)；無(wú)紡布：200g／m2，市售。

1.2 加工設(shè)備

YT32-500，500T四柱液壓機(jī)，天津鍛壓機(jī)床廠生產(chǎn)；烘箱：熱輻射 （空氣對(duì)流）式加熱，自制；水切機(jī)：5X＋UP20M，德國(guó)產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備儀器

電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：WDW-10C，上海華龍公司生產(chǎn)；懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)：5.5J，昆侖儀器公司生產(chǎn)；恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)：CZA-150E，眾志檢測(cè)儀器有限公司生產(chǎn)，雙通道隔音分析儀：TYPE2133，丹麥B＆K。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料

1.4 樣件制作

由于GMT材料與麻纖板材料的成型工藝相同，采用與麻纖板一樣的加工設(shè)備和模具，工藝方法：冷模熱料法，預(yù)熱烘箱溫度設(shè)定220～230℃，待溫度達(dá)到設(shè)定值后15min，將板材平放在可以滑動(dòng)的托架上，推入烘箱內(nèi)預(yù)熱，同時(shí)設(shè)定加熱時(shí)間90s，再將無(wú)紡布四周固定在頂棚成型模具上模待用，加熱時(shí)間到后將托架從烘箱拉出，觀察板材厚度變化，輕質(zhì)GMT板材在PP加熱融化后纖維伸展，使板材膨脹1倍左右，同時(shí)用手觸碰板材表面，有發(fā)黏感覺(jué)，則板材預(yù)熱到位，將板材鋪放在模腔內(nèi)，合模成型，產(chǎn)品脫模后采用水切去除邊角余料等。同時(shí)調(diào)整烘箱加熱溫度，按相同工藝制作麻纖板樣件。

1.5 性能測(cè)試

層間剝離強(qiáng)度按GB8808，試驗(yàn)速度：（200±50）mm／min；拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率按GB／T 1040，試驗(yàn)速度：（50±5）mm／min；試樣：100mm×100mm×（板材厚度），彎曲強(qiáng)度彎曲模量按GB／T 9341-2000，試驗(yàn)速度：2mm／min；試樣：80mm（長(zhǎng)）×15mm（寬）×（板材厚度），懸臂梁無(wú)缺口沖擊強(qiáng)度：按GB／T 1843，試樣：80mm（長(zhǎng)）×10mm（寬）×（板材厚度），熱變形溫度按GB／T 1634；試樣：80mm（長(zhǎng)）×15mm（寬）×（板材厚度），耐濕性按70℃，95%RH× 72h潮濕后試驗(yàn)，導(dǎo)熱系數(shù)按GB／T 3399。

1.6 工藝流程示意圖

工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。

2 結(jié)果與討論

2.1 玻纖長(zhǎng)度對(duì)制品力學(xué)性能的影響

圖2是來(lái)自克勞斯瑪菲公司內(nèi)部資料中關(guān)于GMT板材中玻纖長(zhǎng)度直徑對(duì)制品性能的影響，可看出：在玻纖直徑10μm時(shí)，玻纖長(zhǎng)度超過(guò)10mm后，制品性能就能達(dá)到95%要求的指標(biāo)。所以實(shí)驗(yàn)中板材玻纖長(zhǎng)度20mm，板材成型時(shí)經(jīng)過(guò)開(kāi)松、梳理，即使產(chǎn)品模壓時(shí)玻纖斷裂后仍能保證產(chǎn)品中玻纖長(zhǎng)度大于15mm，不影響制品性能。

2.2 內(nèi)飾頂棚成型工藝對(duì)制品質(zhì)量 （密度）的影響

（1）模壓成型溫度對(duì)制品密度影響

采用面密度1210g／m2（體積密度為280kg／m3）的板材成型的制品進(jìn)行測(cè)試，從圖3看：GMT制品的成型工藝溫度在215℃（預(yù)熱時(shí)間60s）板材已得到充分預(yù)熱。板材加熱溫度過(guò)高，對(duì)板材成型效率沒(méi)有影響，反而增加能耗，加劇了聚丙烯樹(shù)脂的熱氧降解，降低了GMT制品的使用壽命，因此輕質(zhì)GMT板材成型溫度設(shè)定在（215±5）℃為好。

（2）圖4是板材加熱時(shí)間對(duì)制品密度影響，以面密度1210g／m2（體積密度為280kg／m3）的板材成型的制品進(jìn)行測(cè)試。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看：GMT制品的成型工藝模壓時(shí)間90s后密度減小變化趨于平緩，表示板材中的聚丙烯已完全熔融，玻纖已充分伸展，再延長(zhǎng)加熱時(shí)間，對(duì)制品密度變化無(wú)影響，卻延緩了生產(chǎn)節(jié)拍，增加了能源消耗，所以輕質(zhì)GMT板材的烘箱預(yù)熱時(shí)間在（90±5）s為佳。

2.3 輕質(zhì)GMT板材頂棚制品與麻纖板制品的力學(xué)性能對(duì)比

輕質(zhì)GMT板材頂棚制品與麻纖板制品的力學(xué)性能對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 輕質(zhì)GMT板材與麻纖板制品性能參數(shù)

從表1可以看出：

（1）用相同面密度GMT板材、麻纖板制得的制品對(duì)比，GMT板材明顯優(yōu)于麻纖板，用低密度的輕質(zhì)GMT板材制成的制品各項(xiàng)指標(biāo)也明顯優(yōu)于密度高的麻纖板，可以明顯減重，降低成本，在汽車(chē)輕量化要求越來(lái)越高的時(shí)代是非?？扇〉?；

（2）輕質(zhì)GMT板材吸水率很低，甚至不吸水，在雨季潮濕時(shí)、清洗頂棚上污漬時(shí)不因基材吸水而使頂棚變形甚至在行車(chē)顛簸中造成頂棚塌陷。特別是商務(wù)車(chē)，空調(diào)管道被頂棚全部封閉，使用空調(diào)時(shí)由于分管溫度低使大氣中水分凝結(jié)在管壁滴落 （俗稱發(fā)汗）后使頂棚變軟、塌陷、霉變。

（3）麻纖板雖然主要成分是天然纖維，有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)及用途，但是麻纖維也有很多缺點(diǎn)：不耐熱，成型溫度不能超過(guò)230℃，否則麻纖維會(huì)降解，性能下降；吸水性大，制品易受潮、滋生霉菌；麻纖維表面處理困難，與連續(xù)相PP等塑料相容性差，對(duì)塑料增強(qiáng)效果不能完全發(fā)揮。

2.4 輕質(zhì)GMT板材制品與麻纖板制品在NVH性能方面的對(duì)比

（1）對(duì)輕質(zhì)GMT板材制品與麻纖板制品分別進(jìn)行隔音性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 輕質(zhì)GMT板材與麻纖板制品隔音絕對(duì)量

（2）圖5是不同的車(chē)用頂棚材料在不同頻率下吸音系數(shù)對(duì)比。

從表2、圖5可以看出：GMT材料與現(xiàn)有的同類材料相比有較好的隔音降噪性能，這是因?yàn)镚MT板材內(nèi)部的特殊結(jié)構(gòu)。即板材在烘箱中預(yù)熱時(shí)，PP熔化使玻纖由卷曲變伸張而引起使板材膨脹2倍以上，在模壓時(shí)，被瞬間壓縮冷卻，形成的板材中間是蓬松多孔的，使它在成型后內(nèi)部存在細(xì)小的空隙，成為多孔類材料，具有優(yōu)異的隔音性能。

（3）圖6與圖7是GMT板材加熱成型前后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

2.5 輕質(zhì)GMT頂棚與麻纖板隔熱性能對(duì)比

從表3—4中可以看出：GMT材料頂棚隔熱性能稍遜于聚氨酯泡沫，但比麻纖板效果明顯好。主要還是因?yàn)镚MT板材有可發(fā)性，板材中間層是蓬松有空隙的，比密實(shí)的材料隔熱效果佳，但內(nèi)部的空隙率不如聚氨酯泡沫，所以隔熱效果遜于聚氨酯泡沫。

表3 輕質(zhì)GMT板材與麻纖板隔熱溫度參數(shù)

表4 輕質(zhì)GMT與麻纖板及其他材料的熱導(dǎo)系數(shù)

2.6 輕質(zhì)GMT板材的環(huán)保特性

輕質(zhì)GMT板材的材料是熱塑性PP＋GF，制品裁剪剩下的邊角料去除粘附的無(wú)紡布后，進(jìn)行粉碎造粒，與公司注射生產(chǎn)的其他改性PP材料按比例進(jìn)行摻混，可以完全回收利用。根據(jù)綠色環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展的要求，歐共體制訂了一項(xiàng)政策：到2015年時(shí)，汽車(chē)所用材料的95%必須是可回收的，其中85%可以再利用，10%以能量形式回收。中國(guó)政府規(guī)定：在2010年，汽車(chē)零件材料回收比例為50%，到2015年達(dá)到90%。中國(guó)的汽車(chē)產(chǎn)量從2011年開(kāi)始世界第一，汽車(chē)零部件及其邊角料的可回收性，是各汽車(chē)廠不得不面臨的問(wèn)題，那么GMT材料是很好的選擇。

由于板材中除PP高分子材料外，不含其他有機(jī)化合物，在氣味、VOC方面能滿足各方要求。

3 結(jié)論

（1）輕質(zhì)GMT板材成型的頂棚在汽車(chē)輕量化方面是當(dāng)前GMT材料在汽車(chē)飾件應(yīng)用典型，在蓬勃發(fā)展的汽車(chē)工業(yè)中具有綜合的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)效益。在制品質(zhì)量減輕10%以上情況下，GMT頂棚力學(xué)性能比麻纖板頂棚高出近一倍；

（2）GMT頂棚在氣味性、霧翳性能方面優(yōu)于原麻纖板頂棚；

（3）GMT材料由于長(zhǎng)玻纖的加入使板材成型后中間層疏松多孔，從而使GMT頂棚在隔音降噪、隔熱性能方面優(yōu)于原麻纖板頂棚；

（4）GMT材料可以直接在原麻纖板的成型工裝上進(jìn)行制造，且邊角料可以回收再使用，麻纖板的邊角料不具有回收的價(jià)值，成本更優(yōu)于麻纖板頂棚；麻纖板的吸水率大，利用水切后還需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行烘干處理，而GMT材料的頂棚水切后可以直接包裝入庫(kù)，節(jié)約成本。

【1】陶駿，楊丹，馬華躍，等.淺析輕質(zhì)GMT板材在汽車(chē)內(nèi)飾板上的應(yīng)用［J］.汽車(chē)工藝與材料，2009（9）：65－67.

Applications of Low Density Glass Mat Thermoplastics in Ceiling Development of Commercial Vehicle and Compare with Bast-fibre Panel

SUN Rui1，YUAN Xuehu1，ZHOU Tianpin1，YANG Dan2，TAO Jun2
（1.Hubei Shuangou Automotive Trim Co.，Ltd.，Shiyan Hubei442000，China；2.Dongfeng Commercial Vehicle Technical Center，Shiyan Hubei442001，China）

Ceiling is an important NVH part of commercial vehicle.The technology of ceiling was introduced which wasmade of light GMT.The differences between GMT ceiling and bast-fibre ceiling were analyzed from mechanical performance，sound insulation property and heat-insulating property etc.The developing trend of lightmaterial GMT in vehicle interior decoration was discussed.

Light GMT；Bast-fibre panel；Heat-insulating；Sound insulation；Lightweighting

2014－02－18

孫銳（1971—），本科學(xué)歷，助理工程師，從事汽車(chē)內(nèi)外飾件研發(fā)及加工。E-mail：xia8872695＠163.com。