熱塑性復合材料在汽車外飾件上的具體應用分析

尚洋 王曉婧

摘 要：汽車用復合性材料指的是長纖維增強的、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，本文對熱塑性復合材料進行了簡單介紹。本文首先列舉了熱塑性材料的常見種類和特點，并分析了聚丙烯基熱塑性復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合材料制品表面質(zhì)量進行了一定的分析，希望通過本文可以有效地促進熱塑性復合材料在汽車外飾件中的使用，使汽車行業(yè)再一次進步。

關(guān)鍵詞：熱塑性復合材料；汽車外飾；應用分析

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行處理的，這樣的處理方式會造成環(huán)境的污染問題。但是使用熱塑性材料則不會出現(xiàn)些類似問題，熱塑新材料不僅可以進行循環(huán)利用，還具有密度低、成本低、生產(chǎn)效率高等特點。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現(xiàn)輕量化的設(shè)計和生產(chǎn)，所以這種材料在汽車中的使用范圍越來越廣。

2 熱塑性復合材料的種類和特點

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。

GMT材料的基體樹脂材料是聚丙烯，其具有許多優(yōu)點，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行成型，片材需要先進行預熱，在220℃左右，然后才可以進行零件的制作。這種材料具有較強的耐沖性，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，然后運輸?shù)綇S家進行各種零件的制作，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。這種材料具有較強的剛度和強度，所以這一材料可以用來彌補其它短纖維熱塑性材料的缺點，常被用來在制作油門踏板、塑料齒輪等零件。LFT材料同樣可以進行注塑成型，在設(shè)計空間上比較大，但是這種材料在強度和模量方面比GMT材料略低。如果在設(shè)計過程中對各項問題把控比較準確，則可以進行保險杠骨架和前端框架的制作。

3 聚丙烯基熱塑性復合材料的常見問題

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，下面就簡單闡述在使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)的幾個問題。

第一個問題是因為聚丙烯是一種非極性高分子材料，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，直接進行涂抹油漆的話，因為粘結(jié)強度較差，非常容易掉落。第二個常見的問題是表面玻纖外露問題，作為復合材料最主要的特點是可以通過調(diào)整纖維和樹脂的分布進行控制材料的設(shè)計，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，有時為了提高強度會增加到六成作用。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，如果不進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，就可以達到其對外觀的要求。

4.1 材料的選擇和配方的改善

在進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，流動性增強。在增強材料的強度過程中，不能只是依靠選擇強度高的樹脂來達到目的，否則的話會對材料的外觀造成非常嚴重的影響，而且會導致其因浸潤性較差而無法充分的浸潤玻璃纖維，使玻璃纖維的強度無法有效發(fā)揮，導致其整體強度下降。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也要考慮其流動性，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，否則會造成模具表面有過多的凸起結(jié)構(gòu)，使玻璃纖維的流動不夠順暢。零件的產(chǎn)量不是很大時，可以使用短纖維設(shè)備進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)備進行制作。

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

4.3 零件設(shè)計結(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。使用復合型材料進行設(shè)計零件必須全面滿足復合材料的特點，并滿足其成型的要求，主要有：（1）壁厚應該均勻，不均勻處需要平滑過渡。（2）壁厚不應該超過6毫米，避免出現(xiàn)凹陷、氣泡或應力集中等問題，導致對其外觀和結(jié)構(gòu)強度產(chǎn)生影響。（3）應該多使用圓角結(jié)構(gòu)，避免使用尖角等結(jié)構(gòu)，減少應力現(xiàn)象。（4）加強筋要對稱分布，不可以出現(xiàn)太寬或者太高的現(xiàn)象。（5）少設(shè)計凸起結(jié)構(gòu)，否則會使零件脫落困難，也會對玻纖的流動性產(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)常使用在保險杠、側(cè)圍板、翼子板和導流板等熱塑性復合材料的汽車外表面零件上，聚丙烯復合材料的噴涂工藝比較復雜，需要經(jīng)過前處理、噴涂底漆和噴涂面漆三個步驟才可以完成。前處理可以使其表面產(chǎn)生極性基團，如果材料的基礎(chǔ)樹脂進行過極性化處理，或者PP專用漆的附著性較好，可以不用進行前處理。前處理的防止主要有物理方法和化學方法兩種方式，化學法包括氯化、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，所以可以同時使用多種方式共同進行，現(xiàn)階段利用聚丙烯的噴涂性能進行改性的方式比較常見，但是復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，當表面質(zhì)量較差時，可以使用黑色的面漆遮擋存在缺陷的位置。

進行噴漆工作的過程比較復雜，所以在一些小規(guī)模的生產(chǎn)中不會使用這一方式，經(jīng)常使用另一種相對簡單的方式代替，就是貼膜法。在聚丙烯復合材料貼膜時經(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行實際的選擇。貼膜工序可以與壓膜同時進行，或者在零件完成之后，再進行加熱貼膜。將膜放入到壓膜機之后，膜上的膠劑受熱融化，就會與零件粘合在一起，達到美化零件外觀的效果。

5 結(jié)語

在過去的一段時間內(nèi)，沒有使用熱塑性材料是因為其無法進行噴涂，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，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)展打下堅實的基礎(chǔ)。