利用天然纖維減輕汽車部件重量

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天然纖維在汽車內(nèi)飾件領(lǐng)域的作用變得越來(lái)越重要。除了可持續(xù)的成本和減輕的重量，原材料供應(yīng)的獨(dú)立性也成為天然纖維應(yīng)用的一個(gè)重要參數(shù)。
汽車零部件的重量在有關(guān)二氧化碳排放的爭(zhēng)論中扮演著越來(lái)越重要的角色。這就是為什么江森自控在過(guò)去幾年里的發(fā)展重點(diǎn)一直是降低汽車零部件的重量。 無(wú)論是車門(mén)板板、儀表板、地面控制臺(tái)、立柱飾板還是頂篷——每克重量都發(fā)揮著重要作用。材料、薄壁結(jié)構(gòu)精密元件和輕微材料重疊的智能組合降低了單個(gè)零件的 重量和成本。
天然纖維在該領(lǐng)域（圖1）發(fā)揮著特殊作用。它們被用于覆以各種飾物的纖維增強(qiáng)基體部件內(nèi)飾。江森自控針對(duì)天然纖維的研發(fā)已逾50多年，它也是歐洲最大的天然纖維車門(mén)板制造商之一。近幾年，江森自控在天然纖維材料和粘合劑的組合方面取得了很大的進(jìn)步。

根 據(jù)加工方法（圖2）的不同，纖維增強(qiáng)材料可被分為兩類。第一類是注塑成型生產(chǎn)材料，通常指玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料，如玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯。第二類是用于墊 壓工藝的材料，其中天然纖維通過(guò)熱塑性或熱固性方法進(jìn)行綁定。材料的選擇取決于部件的規(guī)格。與重量相比，彎曲強(qiáng)度、抗彎彈性模量和沖擊強(qiáng)度等物理特性發(fā)揮 著至關(guān)重要的作用。部件的碰撞性能和氣候交變?cè)囼?yàn)性能也應(yīng)考慮在內(nèi)。

應(yīng)用范圍
玻璃纖維增強(qiáng)部件通常用于具有高抗彎強(qiáng)度和剛度要求的環(huán)境，如儀表板的基體部件。天然纖維模壓部件主要用于車門(mén)板，它們或者作為一個(gè)完整的車門(mén)板基體（寶馬3系和5系），或者作為各個(gè)部件的基體（福特C-MAX、歐寶雅特和大眾途觀車型）。
最近由天然纖維制成的部件包括寶馬新3系的轎車和旅行車車門(mén)板。部件的制造結(jié)合了注塑成型和天然纖維模壓技術(shù)。該方法使可再生的環(huán)保原材料得以用在車門(mén)板的隱形元件上。車門(mén)板由天然纖維基體后蓋注塑成型。這種創(chuàng)新的制造方法使部件比之前輕了20%。
所有的開(kāi)發(fā)工作只有一個(gè)目標(biāo)：改善產(chǎn)品和工藝的二氧化碳平衡，同時(shí)生產(chǎn)出輕量結(jié)構(gòu)和易于回收的產(chǎn)品。用于改善二氧化碳平衡的可再生環(huán)保原材料的重要性也將與日俱增。
注塑成型
注塑成型工藝通常使用玻璃纖維和天然纖維或礦物填料。長(zhǎng)纖維常用于儀表板以滿足所需的強(qiáng)度值。短玻璃纖維常用于車門(mén)板領(lǐng)域，例如壓條。為了進(jìn)一步減少其他部件的重量，例如：掌上地圖，還可以利用玻璃球和玻璃空心體。但是，這些工藝還尚未投入生產(chǎn)。
還有一個(gè)挑戰(zhàn)需要解決，那就是高木質(zhì)素含量，特別是使用木纖維之時(shí)。當(dāng)經(jīng)受高溫和較長(zhǎng)的停駐時(shí)間時(shí)，材料會(huì)產(chǎn)生分解并形成氣味。出于這一原因，江 森自控在注塑成型工藝中并不使用天然纖維。合作伙伴公司在注塑成型工藝中使用的是纖維素等材料。盡管纖維素通過(guò)了費(fèi)森尤斯研究所的氣味測(cè)試，它仍是一種相 當(dāng)昂貴的中間產(chǎn)品。為了獲得相同的技術(shù)性能，除了玻璃纖維之外還應(yīng)使用更多的材料。木質(zhì)素含量較低的韌皮纖維工藝也正在開(kāi)發(fā)之中。
在注塑成型過(guò)程中使用天然纖維能夠減輕部件重量，因?yàn)椴ＡЮw維往往比天然纖維更重。用天然纖維替代玻璃纖維時(shí)，為了獲得相同的部件性能，需要使用 更多的天然纖維，因此成本有所增加。因?yàn)樘烊焕w維無(wú)法在注塑成型工藝中代替玻璃纖維成為更省錢的方案，它們?nèi)匀皇菦](méi)有吸引力的替代原材料。
墊壓工藝
針刺木纖維墊和丙烯酸樹(shù)脂粘合劑在200-220℃的溫度下在模內(nèi)進(jìn)行壓縮（圖3）。這種被稱作Fibrowood墊的材料中天然纖維含量為 70%。與石化原料相比，該工藝在價(jià)格上相對(duì)穩(wěn)定。這種墊具有較低的單位面積重量和良好的碰撞性能。Fibrowood通過(guò)簡(jiǎn)單的真空層壓技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)模 內(nèi)壓紋。

江森自控生產(chǎn)的EcoCor墊是一種由亞麻、大麻、洋麻等天然纖維與聚丙烯制成的熱塑性約束模壓墊。首先將其加熱至約200℃，然后在模內(nèi)進(jìn)行低溫壓縮。表面材料可直接應(yīng)用于一步法工藝而無(wú)需粘合劑。EcoCor的天然纖維含量為50%。
或者，將由亞麻或大麻制成的天然纖維用環(huán)氧樹(shù)脂潤(rùn)濕，然后在大約150℃的溫度下在模內(nèi)進(jìn)行壓縮?；w材料可覆以PVC薄膜、TPO薄膜、織物或皮革。天然纖維含量為70%。相對(duì)石化材料而言，其價(jià)格仍然較為穩(wěn)定。
混合制造工藝
為了進(jìn)一步降低制造成本和內(nèi)飾件重量，江森自控一直在研發(fā)新的生產(chǎn)工藝。各種制造工藝可與混合制造工藝相結(jié)合，使寶馬新3系車門(mén)板專用的 壓縮Fibrowood墊直接在注塑機(jī)里進(jìn)行后蓋注塑成型，從而賦予車門(mén)板所需的增強(qiáng)筋板結(jié)構(gòu)。江森自控在批量生產(chǎn)中使用的第一種混合材料正是源 于這種方式。
因此，可再生的環(huán)保原材料得以用在車門(mén)板的隱形元件上。車門(mén)板由與塑料直接后蓋注塑成型的天然纖維基體組成。這種創(chuàng)新的生產(chǎn)工藝使該部件比傳統(tǒng)部件輕了20%。2013年，江森自控的天然纖維車門(mén)板榮獲塑料工程師協(xié)會(huì)（SPE）大獎(jiǎng)。
隨著行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展， 一種新的混合成型工藝（壓縮混合成型或CHyM）開(kāi)始嶄露頭角。該方法結(jié)合了天然纖維部件和熱塑性注塑 成型技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)該工藝制造的內(nèi)飾件比注塑件輕40%。相對(duì)于可比價(jià)格范圍內(nèi)的產(chǎn)品，CHyM工藝在降低部件重量的同時(shí)還能提供高強(qiáng)度。重量的減輕和 剛度的改善(30%)簡(jiǎn)化了車門(mén)板在白色車身上的安裝。
將CHyM工藝引入寶馬中高端車型可將天然纖維墊的重量降低至1200g/m2。在實(shí)際情況下，這意味著車門(mén)板內(nèi)飾件基體的重量在20年里已經(jīng)減輕了一半。未來(lái)，該生產(chǎn)工藝還將延伸到其他部件領(lǐng)域，如座椅靠背板和儀表板等。

A德國(guó)MAKA～劉旭

汽車，新能源汽車未來(lái)的趨勢(shì)

ffzj888

A德國(guó)MAKA～劉旭 發(fā)表于 2018-1-18 16:06
汽車，新能源汽車未來(lái)的趨勢(shì)

是的啊，誰(shuí)讓環(huán)保查的嚴(yán)

ffzj888

A德國(guó)MAKA～劉旭 發(fā)表于 2018-1-18 16:06
汽車，新能源汽車未來(lái)的趨勢(shì)

是的啊，誰(shuí)讓環(huán)保查的嚴(yán)