复合材料在汽车内饰件中的应用

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饰件情报

  
本期主题：
复合材料在汽车内饰件中的应用㈠
        内容提要：从本期开始《饰件情报》将会以“复合材料在汽车内饰件中的应用”为主题，对于内饰用塑性复合材料进行系统的介绍，使读者能够系统了解该方面的更多内容。
        本期内容将从总体上对于汽车内饰件中的塑性复合材料进行讲解，使读者对内饰用复合材料能有一个总体的认识；同时重点介绍复合材料的最新技术以及发展趋势。

目  录
        复合材料的发展概况
        内饰复合材料的分类及特性
        内饰复合材料的应用实例
        复合材料的最新技术及发展趋势
        内饰复合材料的专利检索

复合材料的发展概况

        塑性复合材料简介
        车用内饰复合材料，以塑性复合材料居多。复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，塑性复合材料通常是指以塑料为基体，用玻璃纤维、碳纤维、木纤维、麻纤维等增强的复合材料。由于复合材料是以两种或两种以上的物质组成，故而它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。很多复合材料，其强度和刚度都已接近或超过金属材料，从而进一步扩大了塑料在汽车上的应用范围。
        由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于汽车、电子电气、航空航天等领域，在近几年更是得到了飞速发展。

        塑性复合材料在汽车上的应用
        19世纪70年代，能源危机促使汽车制造业开始大量采用塑料，以减轻汽车自重，降低油耗。19世纪80年代以后，汽车零部件的塑料化得到迅速发展，出现了塑料覆盖件、塑料功能件和结构件，特别是近年来，一些高性能塑料复合材料已大量应用于汽车外部结构件上。
        改性后的塑料（即塑性复合材料），不仅可以增加塑料品种，还能大大提高性能。塑料作为重要的轻量化材料已在汽车覆盖件、内饰件等部件获得广泛应用，例如：车内顶棚、仪表板、方向盘、车门内板、座椅和扶手等部件大多采用复合材料。采用复合材料的目的是提高汽车内饰柔软化，使乘客有安全舒适感；同时简化了汽车制造工艺，降低零件加工、装配和维修费用，且对提高生产效率及汽车整车性能均起到积极作用。尤其是纤维增强复合材料，因优良特性，近年来在汽车内饰、外饰和重要总成上的用量迅速上升。
        复合材料对于汽车内饰件的设计和制造而言还具有以下独特的物理性质：①良好的绝缘性能，防止车内电子元件导电；②良好的吸振性能，增加了驾驶员的操控稳定性和舒适性，同时降低噪音；③弹性变形特性，塑料制品能吸收大量的碰撞能量，对强烈撞击有较大的缓冲作用，对车辆和乘员起到保护作用。

内饰复合材料的分类及特性

        内饰塑性复合材料多指纤维增强聚丙烯材料，按照大体的分类，复合材料可分为无机（制造纤维）复合材料和有机（天然纤维）复合材料。而无机复合材料又可分为玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料和硼纤维复合材料等；天然纤维复合材料可分为木纤维复合材料（木粉板）、麻纤维复合材料和其他天然纤维增强材料。下面就重点材料的性能进行介绍。

         玻璃纤维复合材料
        这里所讲的玻璃纤维复合材料是指玻璃纤维增强聚丙烯，其制造过程是以玻璃纤维毡和聚丙烯按一定比例混合加工而成的，其中玻璃纤维的含量较低，所以只起到了对聚丙烯的加强作用。玻璃纤维复合材料多用来制造汽车内饰衬板、车门装饰、茶杯支架、行李架、车顶模塑件等部件。
        现有的玻璃纤维复合材料尽管强度高，但存在气密性差的缺点，导致有些玻璃纤维制品存在外观质量不好、翘曲等缺欠，因此在实际的使用当中，玻璃纤维逐渐被各种天然纤维复合材料取代。

         木纤维复合材料（木粉板）
        木塑复合材料是以木粉（如木屑、竹粉、稻壳、秸秆等）为原料，多制成短纤维材料，并添加特制的助剂，按一定比例与聚丙烯混合，经高温、挤压、成型等工艺制成的一种新型复合材料。木塑复合材料具有如下性能特点：
        1、木纤维复合材料具有较好的弹性模量，因此易于拉伸加工成形；
        2、可调整性强。通过加入不同的助剂，聚酯可以发生聚合、发泡、固化、改性等变化，从而改变木纤维复合材料的密度、强度等特性，符合抗老化、防静电、阻燃等特殊要求；
        3、原料来源广泛。木塑材料除了使用一定数量的助剂以外，95%以上的原料均为聚酯和木质纤维，其来源广，价格低廉；
        4、木粉板是由聚丙烯和木粉用有机浇水粘合的，由于胶水多含有苯，因此木粉板较之其他天然纤维相比，其环保性较差。

         麻纤维复合材料
黄麻汽车内饰衬板的研制
        汽车用天然纤维主要是指植物纤维，如洋麻、大麻、亚麻、黄麻和剑麻等麻纤维及椰壳纤维等。与合成纤维相比，天然纤维及其复合材料具有如下性能方面的优势：              
        1、生态保护性能：麻纤维生长期短、生长环境要求不高；其生长过程无需农药和化肥；生长、收获、加工的能量消耗较少；对二氧化碳的吸收能力强，具有减缓“温室效应”的作用；生产过程无“三废“污染、使用过程也无有害的游离化学物质（如近来备受关注的“甲醛”）和微粒（玻璃纤维成分）；无需化学胶粘剂，可在一步法成形过程中与基材热粘合；替代化纤和塑料等人造材料，可节约有限的石油资源；焚烧时无毒物排放、填埋后可生物降解；可再生循环利用。
        2、应用性能：麻纤维复合材料的隔热、吸音性能好；能量吸收能力好、耐冲击，无脆性断裂（对提高汽车的安全性很有利）；燃烧速率低；具有良好的刚度、切口韧性、断裂特性；低温性能好；
        3、成形工艺性：可用较低压力、一步法成形产品，节省机器和模具的投资、简化加工工艺（附座和装饰层等可与坯材一步合成、无需化学粘接和后续加工）；可成形大拉伸、复杂的三维形状。天然纤维在加工中还表现出对模具的磨蚀作用较低；
        4、质轻：密度低、重量可减轻10~30%（顺应汽车轻量化要求，提高燃油效率）；
        5、原料成本低：麻纤维来源广泛；边角料可以重新破碎后进行热塑加工，几乎没有废料产生。






内饰复合材料的应用实例

        对于复合材料在汽车内饰件的具体应用而言，目前各汽车工业大国已经开始大量使用天然纤维复合材料，生产的产品有：轿车的门内板、行李厢、顶棚、座椅背板、衣帽架、仪表盘；以及卡/客车的车厢内衬板、门板、顶棚、座椅背板等。 并且麻纤维材料的用料比例也在逐渐增加，麻纤维复合材料可用来替代木纤维和玻璃纤维增强的复合片材以及ABS塑料件，因为在相同的重量情况下天然纤维增强材料制成的产品可具有25%～30%的强度提高以及上佳的非脆性断裂特性。具体的应用实例如下：
         Benz
        1999年款的S级“奔驰”汽车的门内板是第一个采用天然纤维也可用于聚氨酯复合材料这种工艺的，它采用了35%的半硬PUR弹性体和65%的亚麻、洋麻和剑麻混合物。挤出机厂家也在开发将天然纤维直接引入混料头的设计，从而不需经过制毡过程。
        同时，德国戴姆勒-克莱斯勒（Daimler-Chrysler）公司研究中心进行的试验表明，天然纤维复合材料部件具有很高的抗冲击强度，并且它们的尺寸稳定性和耐侯性也很好。“奔驰”E级轿车门板开辟了高端应用的先河。
         Opel
        1999年欧宝（Opel）的“Zefira”牌微型车的顶棚采用两层剑麻毡网中间放置PUR发泡材料的方法制成。
        Audi
        德国“大众”旗下的奥迪（Audi）公司Audi Az中型轿车，该车是世界上第一款批量生产的全铝合金车身汽车，它的重量比一般的轿车要轻得多。为了减轻其内装饰件的重量，设计人员选用麻纤维毡增强聚氨酯树脂制造车门内装饰板。
         Zhonghua
        中国“中华”牌轿车以其前卫的设计理念率先采用麻纤维天然材料制造门板、顶棚、衣帽架和行李厢衬板等内饰产品。

  内饰复合材料的最新技术及发展趋势

        复合材料的最新技术
•        竹原纤维增强复合材料的研究
竹原纤维与低熔点聚酯纤维及聚丙烯纤维的混合纤维集合体加工成非织造物，再经热压成型后，制成竹原纤维增强聚酯、聚丙烯热塑性树脂复合材料板材。选出性能最优的复合材料为竹原纤维/LMPET(40/60)，进行材料力学性能测试结果的模糊综合评判，在模压温度、时间、压力分别为165℃，30min和30MPa的条件下，所压制复合材料的纵向拉伸强度为136Mpa，横向为87.58Mpa；纵向弯曲强度为534Mpa，横向为470Mpa。
        上述数据说明：用竹纤维增强聚丙烯复合材料比模量高、比强度大，并且加工方便，是用于汽车内饰件的一种新型材料。这一研究在国外正在大力研究和发展，但在国内却刚刚起步。因此，开展高性能竹纤维复合材料及其制品的应用开发研究，对充分利用我国丰富的竹纤维资源优势和已有的复合材料技术优势，对改造传统的农林业和工业，加强环境保护，坚持可持续发展道路，提高新材料技术具有重大意义。
        此外，竹纤维/ 聚丙烯纤维复合片材其最终产品中酚醛含量为4%左右，因此竹用复合片材还是一种高效绿色环保产品。
•        塑料木粉板层压复合汽车内饰制品研制
        在对国产塑料木粉板进行弯曲、拉深等成型试验的基础上，用塑料木粉板为基板，采用两次复合及模压工艺生产层压复合汽车内饰制品。
        一次热复合是进行织物面料与中间弹性体的干式辊压热复合，用以制备复合面料。先将国产EVA21 树脂粉均匀撒在聚氨脂泡沫片材上，之后将织物面料覆于其上，并使二者同步送进通过加热的辊子。在粘合温度下经辊压力作用，织物面料与中间弹性体较牢固地粘合在一起。其中对物料的加热是通过主辊中的硅碳棒以电加热的方式实现的。二次热复合成型是将先前制备的复合面料再复合于基材上，一起模压成型。先将EVA21树脂粉均匀撒于塑料木粉板上，之后用油炉加热塑料木粉板，至成形温度时，随即将已定好位的复合面料随成形凸模压下，合模保压1 分钟，开模后即得到层压复合式内饰制品。
        采用塑料木粉板作基材，用两次复合工艺流程试生产的层压复合汽车内饰制品，与国外同类产品性能相近，具有产品刚度好、互换性好、易于装配的优点。同时产品满足了轻质化、美观舒适，具有吸声与降低噪声、隔热等综合性能。塑料木粉板层压复合内饰制品价格较低，适用于中低档各类汽车。
•        增强热塑性复合材料SymaLITE
        瑞士QPC公司日前推出一系列轻型的增强热塑性复合材料（LWRT），包括片材和预制坯料，商品名为SymaLITE。 目前已经开始在其位于德国Lotte地方的工厂内开始生产。这种复合材料是一种玻璃纤维增强聚丙烯材料。
        由于LWRT复合材料密度较小，其每单位重量产生的硬度要比传统的玻璃纤维毡增强热塑性（GMT）片材高，与金属、GMT以及传统的PP和尼龙长纤维热塑性（LFT）复合物相比，具有可减轻重量、设计更灵活以及成本更低的优势，因此该产品将成为轻型GMT复合材料的理想替代品。
　　据QPC公司介绍，通过采用低压成型技术，SymaLITE复合材料很容易粘附于织物、纱布、泡沫材料、干粉涂膜以及坚固的PP表面，因此可以很方便地进行模内装饰。这种新型复合材料适合于制造汽车车底屏蔽防护装置、承重板、车顶内衬、车门装饰、行李架、车顶模塑件等部件。

        复合材料的发展趋势
•        具体的发展趋势
        宏观上来讲目前汽车内饰件复合材料向高吸音、轻量化、高强度、环保且可回收方向发展，同时伴随人们环保意识的不断增强，各种天然纤维又重新被人们进一步认识而再次步入汽车部件的领域。天然纤维作为隔热/音和阻尼材料、特别是作为聚合材料的填充和增强材料，因在重量和成本方面的优势在汽车内饰件制造中的作用愈来愈大。目前欧洲巳开发出一种气味小，不易老化，低密度和有更好的环境适应性的PP材料，应用在轿车上面。
        轿车的安全性能是摆在首位的，防火性能也包括在内。选择和采用内饰件材料的重要依据之一，就是材料的阻燃性能。
        而微观化的发展方向是轻质热塑性复合材料将成为汽车制造用材的主流。在当今汽车工业普遍采用的塑料板件种类中，轻质的玻纤增强型聚丙烯板材正日渐占据主导地位，由美国Azdel公司生产的SuperLite板材早已用于制造车顶内衬、小搁板和遮阳板,从2004年夏天开始，这种品牌板件首次出现在福特汽车的门板、仪表板、上或下A/B支柱、仪表盘边托板、以及其它的柔软饰件上。
•        科技研究方向
        目前各国的科研机构（院校和专业公司）开展的研究项目如下：
        1、产品中纤维的定向与分布对最终产品功能的影响，并推出了计算机评价定向性的软件；
        2、纤维表面的改性工艺、等离子处理等和利用光谱和界面分析方法对纤维表面的形态、粗糙度、浸润性和结晶性（再结晶温度、冷却速度）等影响纤维与本体粘和性能的参数进行研究，以改善纤维和本体的相互作用效果；
        3、取代传统沤麻方法的纤维制备工艺方法的研究，各种细菌和酶对原麻去胶作用。如何既有效的离析纤维又对性能无大损坏，从而使其制成的复合材料的性能更具竞争力；
        4、使用化学/物理方法改变纤维的自然结构（化学成分、结晶度、取向性和聚合度等），从而提升天然纤维本体的性能；
        5、采用植物提取物作为基体和麻纤维混合制成的“生物塑料”制造汽车内饰件。尽管使用天然纤维制造工业产品是从生态方面启动的，今后会在天然纤维的技术特性和优势方面重点发展。发展的趋势是增强天然纤维材料的性能、缩小与合成材料的差距；特为技术性能培植纤维作物、继续研发纤维制备方法和加工工艺进一步改进性能。从而替代玻璃纤维在更广阔的高端性能方面得以应用。  













内饰复合材料的专利检索

         汽车仪表台
申 请 (专利) 号：200420078075.3
申请(专利权)人： 陈兆忠
申请日期：2004.07.23
摘要：本实用新型涉及一种汽车仪表台，其特征是由表面层、夹心层和底面层构成，其中表面层和底面层为一体结构，中间填充夹心层，表面层采用聚乙烯化学交联，夹心层为聚胺酯，底面层为聚氨酯和玻璃纤维混合料。本实用新型克服了现有技术中普通汽车仪表台隔热、隔音的作用低、而且易变形、老化的缺陷，通过三层复合的方式，以聚乙烯化学交联为表面，背部以聚胺酯发泡材料加玻璃纤维夹心，一次成型，表面相当平整，中间的聚胺酯发泡材料的泡沫结构，能起到保温、隔音的作用，同时提了强度，具有结构简单紧凑、保温、隔音的效果好、强度高、使用寿命长的优点。
主权项：1、一种汽车仪表台，其特征是由表面层、夹心层和底面层构成，其中表面层和底面层为一体结构，中间填充夹心层。

         麻纤维汽车内饰件及其生产方法
申 请 (专利) 号：200610078302.6
申请(专利权)人：崔南华
申请日期：2006.04.29
摘要：本发明涉及一种麻纤维汽车内饰件，该麻纤维汽车内饰件由低熔棉和麻纤维两种材料构成，其中，低熔棉3-4份，麻纤维2-3份。一种麻纤维汽车内饰件的制造方法，包括下列步骤，对包装好的原料棉进行开松处理；按照比例向麻纤维中加入阻燃剂，进行阻燃处理；将低熔棉与阻燃处理后的麻纤维在梳棉机中混合，同时纤维成网；对纤维成网后的产品进行热定型处理；对定型后产品进行切片处理并最后制出成品。
主权项： 1.一种麻纤维汽车内饰件，其特征在于：该麻纤维汽车内饰件由低熔棉和麻纤维两种材料构成，其中，低熔棉3-4份，麻纤维2-3份。