發(fā)泡聚丙烯材料在汽車內飾設計中的應用

張寶江 魏風

（一汽豐田技術開發(fā)有限公司）

隨著21 世紀科技的發(fā)展，新材料及新成型技術的不斷進步，人們對汽車提出了輕質、節(jié)油、高速、安全、環(huán)保、美觀等一系列高標準要求，低成本和輕量化已成為汽車工業(yè)設計的主流方向。塑料制品因具備抗腐蝕、隔熱、耐磨、減振、消聲等優(yōu)良性能及低廉的價格、簡單的加工工藝，正逐步替代傳統(tǒng)金屬及一些合金材料[1]。開發(fā)具有較高強度的輕質高性能新材料及設計新的輕量化結構，已經成為汽車零部件，尤其是汽車內飾件材料的必然選擇[2]。作為汽車內飾材料輕量化的一部分，文章將簡要介紹發(fā)泡聚丙烯材料在內飾零件設計中的應用和注意點。

1 概述

1.1 發(fā)泡聚丙烯材料介紹

工業(yè)上使用的聚丙烯塑料發(fā)泡材料（EPP）由固體和氣體兩部分組成，呈黑色或白色的顆粒狀，直徑一般在2～7 mm。

隨著汽車輕量化的發(fā)展，材料輕量化對于汽車減重有著舉足輕重的作用。發(fā)泡聚丙烯具有高耐熱性、高沖擊能吸收能力、杰出的回彈性和熱成型性，因此，發(fā)泡聚丙烯在汽車上的應用逐年增多。如汽車保險杠（吸能塊一般采用發(fā)泡聚丙烯或者是PP 類支架吸能結構，起到吸收撞擊能量的作用[3]）、汽車側面防震芯、汽車車門防震芯、高級安全汽車座椅、工具箱、后備箱、扶手、底墊板、遮陽板、儀表盤等部位均使用發(fā)泡聚丙烯材料。根據統(tǒng)計數(shù)據：目前汽車上的平均塑料用量為100～130 kg/輛，其中應用發(fā)泡聚丙烯4～6 kg/輛。

根據使用部位的不同，為對應不同的使用強度要求，目前汽車內飾零件中使用的發(fā)泡聚丙烯材料多為10～45 倍的高倍率發(fā)泡材料。

1.2 發(fā)泡聚丙烯零件生產工藝

發(fā)泡聚丙烯零件的主要生產流程為：原料→發(fā)泡→預壓→成型→干燥→粘貼附屬零件→檢測→出廠。其中，成型工藝一般分為進料、水蒸氣加熱、冷卻及脫模4 個步驟，如圖1 所示。

圖1 發(fā)泡聚丙烯零件成型工藝流程示意圖

零件成型模具從左到右共分4 層，模具型腔共3 個，如圖2 所示。

圖2 發(fā)泡聚丙烯零件成型用模具結構示意圖

2 汽車內飾用聚丙烯發(fā)泡零件的設計

2.1 零件在車身的固定方式

根據發(fā)泡聚丙烯零件的大小和形狀的不同，其在車體中的固定方式也不同，目前主要采用的固定方式有4 種：

1）用焊接螺栓配合普通螺母固定；

2）用魔術貼粘貼在車身鈑金零件上；

3）粘貼在行李箱地毯的下方；

4）沒有明顯的緊固用的結構，靠周邊零件的形狀限制發(fā)泡聚丙烯零件的移動。

2.2 零件加工工藝要求

2.2.1 發(fā)泡聚丙烯零件加工工藝要求

由于發(fā)泡聚丙烯材料是由一個個發(fā)泡的小顆粒組成，受材料本身性能的限制，在設計發(fā)泡聚丙烯零件時，應注意以下6 個方面。

1）為保證零件在制作完成后不缺料，零件最小厚度應不低于10 mm。在低于10 mm 的情況下，可提前向零件制造商提供零件的3D 數(shù)據，由零件制造商對零件成型性進行分析，以免零件的數(shù)據凍結后因制造問題再對零件進行形狀修改。

2）零件在分模線以外的部分，應盡量避免出現(xiàn)圓角過小的棱線，一般要求最小圓角半徑R 不小于3 mm即可，圓角過小容易導致零件成型后出現(xiàn)品質問題。

3）根據零件的大小和形狀復雜程度，最小拔模角度會有所不同，但零件的拔模角一般應不低于3°。

4）零件上需要粘貼無紡布材料的構成品時，零件表面的紋理會增加發(fā)泡聚丙烯和無紡布的接觸面積，根據零件表面紋理的不同，粘貼強度也會有所差異。出于行業(yè)競爭的考慮，部分紋理樣式已被一些規(guī)模較大的零部件制造商以及發(fā)泡聚丙烯的原材料供應商申請專利，在內飾發(fā)泡聚丙烯零件設計開發(fā)過程中，設定零件表面紋理時應注意避開其他公司持有的專利。圖3示出發(fā)泡聚丙烯零件表面紋理。

圖3 發(fā)泡聚丙烯零件表面紋理示意圖

5）由于成型工藝的原因，在零件表面會有很多氣孔，可綜合考慮設計需求以及制造商的工藝能力，選擇采用針孔式或條狀式氣孔。

6）零件表面粘貼標簽時，可以在粘貼標簽處設置凹臺，以降低標簽在零件運輸、使用過程中脫落的風險。同時，為了使標簽粘貼得更加平整，可在粘貼標簽的局部，取消零件表面的氣孔。但因標簽面積過大導致無法在粘貼標簽的位置取消全部的氣孔時，應盡量選用針式氣孔，因為條狀式氣孔會使得標簽粘貼得凹凸不平。

2.2.2 發(fā)泡聚丙烯零件作為儲物裝置時與周邊零件的配合關系

發(fā)泡聚丙烯零件經常被作為儲物裝置應用在汽車上，當其被用來作為隨車工具等物品的儲物裝置時，需要注意以下四方面。

1）為防止被放置的物品在汽車行駛過程中由于晃動發(fā)出噪聲，應在設計的過程中在被放置物品和發(fā)泡聚丙烯零件接觸的2 個側面部分設置適當?shù)母缮媪?，用來固定被放置的物品?/p>

2）當被放置物品是金屬材質時，金屬物品與發(fā)泡聚丙烯零件接觸的兩側應各設置不低于1 mm 的干涉量。圖4 示出發(fā)泡聚丙烯零件盛放金屬材質物品時的干涉斷面圖。

圖4 發(fā)泡聚丙烯零件盛放金屬材質物品時的干涉斷面示意圖

3）當被放置的是三角警示牌或具有相似軟質外殼的物品時，三角警示牌的樹脂軟質外殼與發(fā)泡聚丙烯零件接觸的兩側應各設置不低于1.5 mm 的干涉量。圖5 示出發(fā)泡聚丙烯零件盛放三角警示牌（軟質外殼）時的干涉斷面圖。

圖5 發(fā)泡聚丙烯零件盛放三角警示牌（軟質外殼）時的干涉斷面示意圖

4）設置被放置物品與發(fā)泡聚丙烯零件的干涉量時，應注意干涉量會隨著被放置物品的材料體積質量和質量的不同而發(fā)生變化，但干涉量設定得不宜過大，過大的干涉量不僅會對被放置物品的取用和放置造成不便，還會使被放置物品在頻繁的取用、放置的過程中對發(fā)泡聚丙烯零件造成破壞。

2.3 零件設計時的其他注意事項

發(fā)泡聚丙烯零件在設計過程中，除了上述由于受材料本身性能限制要注意的幾點要求以外，還有以下注意事項。

1）在滿足發(fā)泡聚丙烯設定強度和不影響零件使用的前提下，可以多設計一些凹臺，這樣既可以減輕零件質量，降低成本，又可以增加儲物空間。

2）在發(fā)泡聚丙烯零件外觀面設置凹臺時，在滿足設定強度和不影響零件使用的前提下，應盡可能地使凹臺和零件外輪廓隨形，這樣看起來更加美觀。圖6 示出某車型使用的發(fā)泡聚丙烯零件。

圖6 某車型使用的發(fā)泡聚丙烯零件樣圖

3）當發(fā)泡聚丙烯零件作為儲物裝置盛放其他物品時，若被放置的物品中有金屬類的物品被重疊放置，應保證2 個金屬物品之間留有足夠間隙，以免由于制造公差等原因造成2 個金屬物品接觸、碰撞而產生噪聲。

4）由于發(fā)泡聚丙烯零件一般不作為外觀件使用，在車輛開發(fā)過程中，造型人員一般不會指定其顏色。但由于白色發(fā)泡聚丙烯零件的外觀和家電運輸時使用的保護材料聚苯乙烯泡沫（EPS）相似，極易讓消費者產生廉價感，進而降低車輛的商品力，因此在開發(fā)過程中，應盡量選用黑色。

5）當發(fā)泡聚丙烯被作為芯材用來做填充物使用時，若零件外殼材料也是聚丙烯材料，可通過適當?shù)墓に噷l(fā)泡聚丙烯芯材和聚丙烯外殼粘合在一起，不需要額外使用膠水，可有效減少因此產生的VOC 氣體。

2.4 發(fā)泡聚丙烯零件常見的品質問題

發(fā)泡聚丙烯零件和其他材料的汽車內飾件一樣，在生產制造過程中，由于各種原因也會存在各種各樣的問題，容易產生以下品質缺陷：1）分模線處有材料溢出（俗稱毛刺）；2）零件缺料，部分區(qū)域未填滿；3）零件開裂或部分材料脫落。

3 結論

作為一種加工工藝較為簡單、價格低廉的材料，今后發(fā)泡聚丙烯會被更廣泛地應用在汽車內飾零件中。文章介紹了發(fā)泡聚丙烯零件的加工工藝及零件設計時的注意事項，為汽車內飾工程設計人員在使用發(fā)泡聚丙烯材料時提供了較為量化的參考指標。相關設計人員可以進一步了解發(fā)泡聚丙烯零件的設計要點并設計相關零件；在提供的參數(shù)的基礎上與供應商進行相應的技術探討，解決實際工作過程中的設計、生產問題。