EPP材料在商用車頂蓋內飾板的應用及研究

徐磊 任小云 戴關林 樓艦航

（浙江吉利新能源商用車研究院有限公司，杭州 311228）

1 前言

發(fā)泡聚丙烯（Expanded Polypropylene,EPP）是一種性能卓越的高結晶型聚丙烯/CO2氣體復合材料，是以高熔體強度聚丙烯作為塑脂基體，以CO2氣體為發(fā)泡劑在高溫高壓條件下制得的一種純粹的碳氫化合物[1]，以其獨特而優(yōu)越的性能成為目前增長最快的新型環(huán)?？箟壕彌_隔熱材料。EPP制品具有優(yōu)異的抗振吸能性能，形變后恢復率高，耐熱性好，耐化學品性能好且質輕，可100%回收，屬于綠色環(huán)保材料，可回收再利用。可廣泛應用于對輕量化、環(huán)保性、吸能性能有要求的領域。因此，EPP自問世以來，便迅速在汽車制造領域得到廣泛應用[2]，在商用車上的應用也逐漸增加[3]，隨著新能源商用車對輕量化的需求增加，EPP材料在內飾頂蓋上的應用也逐漸開始被關注。

頂蓋內飾板作為車內表面積最大的零件之一，具有獨特的裝飾效果，并能夠滿足隔熱、吸音、隔音要求，并對人員頭部進行保護[4]。內飾板由裝飾層和基材通過熱壓方式復合成型。常用基材有玻纖氈增強熱塑性復合材料（Glass Mat reinforced Thermoplastics，GMT）[5]及聚氨酯玻璃纖維增強板（Polyurethane-fiber board，PU玻纖板）[6]2種，基材起支撐作用，也是實現(xiàn)頂棚形狀和性能的關鍵層[7]，不同基材復合的頂蓋內飾板性能存在差異，因此頂棚材料的選擇需兼顧多方面因素，對頂棚內飾板基材選擇進行研究也具有重要意義。

以商用車輕型載貨汽車頂蓋內飾板為例，研究EPP材料在頂蓋內飾板的應用，并對比EPP材料、GMT板材、PU玻纖板在商用車頂蓋內飾板上的成型性及性能差異。

2 頂蓋內飾板的結構組成及工藝

2.1 產(chǎn)品結構組成及材料

單排窄體輕型載貨汽車頂蓋飾板尺寸為1 800 mm×1 200 mm×220 mm，斷面如圖1所示，產(chǎn)品設計厚度約6 mm。

圖1 頂蓋內飾板的斷面圖示

面料層為針織布（320 g/m2）。

三種基材選擇如下。

a.方案1：EPP顆粒（60 kg/m3），發(fā)泡倍率為10倍。

b.方案2：GMT板材（1 200 g/m2）。

c.方案3：PU玻纖板（1 200 g/m2）。

2.2 加工設備

a.烘箱，熱輻射(空氣對流)式加熱；

b.真空罐，翡柯/中央真空系統(tǒng)；

c.液壓機，合肥海德SHP/HL內飾專用液壓機；

d.水切機，DUO進口三臂雙托架水切割系統(tǒng)。

2.3 試驗設備

a.拉力試驗機UTM4204（20 kN）；

b.高低溫試驗箱GW200-300；

c.高低溫交變濕熱試驗箱EH400-70K；

d.B&K阻抗管YS031001；

e.數(shù)顯推拉力計HF-50；

f.霧化儀Fogging Tester；

g.導熱系數(shù)測定儀HFM436；

h.電子計數(shù)稱ACS-6kg。

2.4 三種基材的頂蓋內飾板制作及工藝說明

用GMT板材和PU玻纖板作為頂蓋內飾板的基材，生產(chǎn)工藝為干法工藝（冷模熱料），生產(chǎn)工序包含基材加熱、模壓、切割3個環(huán)節(jié)[8]。基材先在烘箱中加熱，加熱爐溫度控制在200～210℃，加熱時間100～120 s，加熱后基材充分軟化，表面膠膜融化發(fā)粘，再與固定在頂蓋內飾板模具上的面料進行冷模保壓復合定型，保壓壓力為10～15 MPa，保壓時間為40～45 s，脫模后放置在水切胎模上，采用高壓水切割切邊獲得產(chǎn)品，見圖2。

圖2 GMT及PU基材頂內飾生產(chǎn)

EPP原料為顆粒狀，作為內飾板基材需預先將EPP粒料制成內飾板基材，再與面料復合。EPP基材頂內飾生產(chǎn)工序如下。

a.預壓。EPP粒料在載壓罐中進行充氣預壓，預壓壓力0.15 MPa，預壓時間10～12 h。

b.發(fā)泡成型。將預壓好的粒子吸入到EPP模具中，通過蒸汽加熱3～6 min，EPP粒子表面熔接。

c.脫膜及烘干?；某尚秃竺撃?，高溫(70～80℃下)烘烤8 h，低溫（40～50℃）4 h后自然冷卻。

d.噴膠。對EPP基材噴膠與面料貼合面噴膠。

e.復合定型。將面料固定在頂蓋內飾板模具上進行加熱，面料表面溫度加熱至80℃后與EPP基材復合。

f.水刀修邊。對成型后零件進行修邊獲得產(chǎn)品（圖3）。

圖3 EPP基材頂內飾生產(chǎn)

3 結果與討論

3.1 不同基材的頂蓋內飾板成型周期對比

對比3種基材頂蓋內飾板的成型過程，EPP因原料為粒料，成型工藝需增加基材的預成型，先對粒料加壓膨脹，再蒸汽加熱進行發(fā)泡成型內飾板基材，具體成型周期對比見表1。

表1 3種基材頂蓋內飾板的成型周期對比

根據(jù)對比從表1對比可知，不同基材的成型周期，EPP基材內飾板＞PU內飾板=GMT內飾板。但除去基材成型的時間，其余加工時間幾乎等同。

3.2 不同基材的頂蓋內飾板質量對比

EPP材料因質輕，面密度小，在同等厚度的情況下，相應的制品質量也越輕。對該3種基材內飾板進行實物稱重，質量對比如表2。

表2 不同基材頂蓋內飾材料質量對比 kg

從表2數(shù)據(jù)產(chǎn)品稱重對比結果可知，EPP基材成型頂棚質量明顯低于傳統(tǒng)的PU及GMT，減輕質量0.76 kg，減重率約32%。

下面將對該3款面密度的頂棚進行撓度、吸音性能、隔熱性能、環(huán)保性性能對比。

3.3 不同基材的頂蓋內飾板強度的對比

頂蓋內飾板是車內表面積最大的零件之一，裝配時通過卡扣固定在車身上。結合裝配特點，內飾板需要一定的剛度，且質輕不容易塌陷。飾板的撓曲度可以反映產(chǎn)品的剛度，撓曲度數(shù)值越小，表明飾板的變形小，剛性好，強度高。針對這3種基材成型的頂內飾板，分別進行了撓曲度測試。測試時在內飾板中心位置，加載19.6 N，測試加載前后高度變化值。

從表3對比可知，EPP基材頂蓋內飾板的撓度最大，剛性差于其它兩款頂蓋內飾板。由此可知，在滿足頂蓋內飾板撓度≤14 mm的要求下，EPP基材內飾板質量可實現(xiàn)最輕。

表3 不同基材頂蓋內飾板的撓度 mm

3.4 3種基材的頂蓋內飾板隔熱保溫性對比

導熱系數(shù)是用來衡量耐熱材料的導熱特性和保溫性能的重要指標，對同種結構的材料來說，其厚度增加，保溫性能越好，相應的導熱系數(shù)越小。從3種頂蓋內飾板上分別截取300 mm×300 mm尺寸的樣片，按照GB/T 10294—2008測定材料的導熱系數(shù)。測定條件為熱板溫度35℃，冷板溫度23℃。測試數(shù)值如表4所示。

表4 不同基材頂蓋內飾板的導熱系數(shù)測定值

從表4中可以看出，EPP基材的內飾板導熱系數(shù)小于PU及GMT，相應其隔熱（保溫）性能EPP基材內飾板最為優(yōu)異。

3.5 不同基材的頂蓋內飾板吸音性能分析

吸音系數(shù)是用于衡量材料聲學性能的一個重要指標，吸音系數(shù)在某個頻率下的數(shù)值越大，表面材料在這個頻率下的吸音效果越好。從3款基材的頂蓋內飾板上分別截取直徑80 mm的試樣，采用駐波管法，根據(jù)GB/T 18696.2—2002測試。相同面料層，3種基材內飾板樣品從200～6 500 Hz范圍內共16個聲波頻率下的吸音性能。

從圖4可看出，在各個頻率下，EPP基材的內飾板的吸音性能均低于PU和GMT。但3種材料的吸音能力略有區(qū)別，低頻（0～2 000 Hz）段，吸音能力PU基材頂棚＞GMT頂棚＞EPP頂棚。（2 000～6 000）Hz高頻段，吸音能力GMT基材頂棚＞PU頂棚＞EPP頂棚。

圖4 不同材料的吸音曲線

3.6 3種基材的頂蓋內飾板環(huán)保性能研究

環(huán)保性是未來汽車的發(fā)展趨勢，內飾頂蓋作為內飾最大的零件之一，對車內氣味影響很大，環(huán)保性考察必不可少。針對這3款不同基材的內飾板主要從氣味、霧化2個方面進行分析，研究不同基材的內飾板氣味及霧化性能的差異。

3.6.1 3種基材頂蓋內飾板氣味對比

氣味是乘員對駕駛室最直觀的感受，按6級制進行等級評價，等級越高則氣味越大。從上述頂蓋內飾板上截?。?0±5）cm3的試樣，按照VDA270干法（80℃×2 h）和濕法（23℃×24 h）進行試樣處理后，將干法樣品靜置冷卻至溫度（60±5）℃左右進行氣味評價，濕法樣品取出后直接評價。評價結果如表5。

表5 傳統(tǒng)基材與EPP材料氣味性 級

根據(jù)表5對比測試結果可知，EPP基材的頂蓋內飾板的氣味值低于其它2種基材的內飾板，氣味性優(yōu)于其他2種基材。

3.6.2 3種基材內飾板的霧化值

非金屬材料散發(fā)出的有機物，容易在玻璃表面發(fā)生凝結，凝結越多，對視野影響也越大，相應的霧化值也越高。按照DIN 75201：2011從頂蓋內飾板截取直徑80 mm的樣片，加熱100℃×16 h后，冷卻至21℃進行凝結物質質量測定。結果如表6所示。

表6 傳統(tǒng)基材與EPP材料霧化值 mg

對比可看出，EPP材料霧化值低于其它2種基材頂棚，視線受阻影響最低。

4 結論

EPP材料在頂蓋內飾板上的應用屬于汽車內飾應用的創(chuàng)新，在汽車工業(yè)對環(huán)境、能源的嚴格要求下，對該新材料應用的研究將具有重要意義，可為各類車型內飾頂棚基材選擇提供更多的參考。通過對減重率、成型周期、吸音性、環(huán)保性、保溫性能對比，結論如下。

a.EPP頂蓋內飾板具有明顯的輕量化優(yōu)勢，減重率可達32%。

b.從生產(chǎn)工藝及工序的復雜程度看，EPP基材因原料為顆粒，成型工藝及工序較干法成型頂棚復雜，復雜程度EPP頂蓋＞PU頂蓋=GMT頂蓋，且EPP需考慮預成型模具。

c.EPP材料沒有GMT及PU材料成型后的中間層疏松多孔結構，在隔音降噪方面劣于這2種材料的頂蓋內飾板。

d.EPP頂蓋的撓度可滿足產(chǎn)品需求，但差于GMT及PU材料。

e.EPP頂蓋在保溫性能、氣味性、霧化性能方面優(yōu)于GMT材料及PU玻纖板材料的頂棚。