汽車制造者總是希望能夠精密組裝汽車各部件，減化加工和組裝的工序，以及控制汽車的重量。這些愿望在進(jìn)入第32屆美國塑料工程師協(xié)會汽車設(shè)計創(chuàng)新大賽決賽的各項新技術(shù)上，得到了體現(xiàn)和滿足。20項進(jìn)入決賽的技術(shù)中，五項極具創(chuàng)新性的技術(shù)成果獲得了最后大獎的殊榮。大賽的十六位評委由塑料、汽車、設(shè)計等各雜志的編輯，顧問，大學(xué)教授，和一位汽車公司退休經(jīng)理組成。
在今年的五項獲獎技術(shù)中，有兩項是關(guān)于免涂裝技術(shù)用于汽車車身面板。另有兩個獎項授予碳纖維在汽車底盤結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，此項具有突破性的技術(shù)，為業(yè)內(nèi)人士期盼已久。這四項獲獎技術(shù)說明長纖維增強(qiáng)熱塑性塑料在汽車內(nèi)部和外部部件制備中的作用日益突出。另有兩項值得一提的參賽技術(shù)成果是關(guān)于吹塑法在汽車內(nèi)部零件的制造方面的應(yīng)用，以及首例直接采用電泳涂漆的全熱塑性塑料前端支撐部件。
告別舊涂料
目前，汽車和其他的產(chǎn)品制造者日益關(guān)注可成型的“干漆膜”，而避免采用繁瑣且成本高的噴漆工藝。這種干漆膜是一種塑料薄膜，膜上伸展的涂層在進(jìn)行熱加工時，還可保持其完整性。通常是將這類已成型的漆膜用作汽車零件的外層襯墊，再用注塑法將用熔化的樹脂注入漆膜下層作為支撐。某些情況下，漆膜可直接熱熔后注入汽車部件。
干漆膜正逐漸應(yīng)用在越來越大的部件上。2003年通用汽車推出的雪佛來“開拓者”North Face版，也許是目前漆膜應(yīng)用面積最大的，長達(dá)6.5英尺，據(jù)報道，干漆膜用于汽車車體裝飾以來，這是首次獲得如此高光潔度的車體色彩。此項技術(shù)獲得外部部件類的創(chuàng)新獎。
這種漆膜由Soliant LLC公司生產(chǎn)，這家公司8月被Ernic Green實業(yè)公司兼并。這種四層含氟膜由可熱成型遮蔽膜（成型后剝落）、聚四氟乙烯透明涂層、彩飾涂層和增粘涂層/底涂層組成。底涂層是一層150密耳的TPO薄膜，采用Spartech 公司的熱塑料，經(jīng)擠出，碾壓成漆膜。所有部件由密歇根Stac Pac有限公司進(jìn)行熱成型處理和電腦數(shù)控修剪。
以前由于TPO材料的熔體強(qiáng)度低，所以難以成型，但是現(xiàn)在很大的熱成型部件正變得越來越普遍，這要歸功于經(jīng)過改進(jìn)的原材料和生產(chǎn)工藝。Equistar化學(xué)公司對TPO反應(yīng)器Flexathene PD 951進(jìn)行了專門的升級，以適合這種應(yīng)用。此次量身定做保證了這種膜在成型過程中可拉伸300％。TPO同樣必須具備較好的熔體強(qiáng)度（由高分子量的聚丙稀母體決定），低線性熱脹系數(shù)，加上適當(dāng)?shù)挠捕?，低溫影響（這種擠壓級別使膜在零下20到30℃仍保持韌性，而射出成型的TPO最低在零下5℃）。
在汽車制造領(lǐng)域，采用熱成型處理要比注塑法更為適合，這是因為汽車生產(chǎn)產(chǎn)量相對較低，而且初級零件產(chǎn)品生產(chǎn)周期短，可在三四周內(nèi)生產(chǎn)完成，以后精加工只需8個星期。涂漆成本降低后可降低總成本的7％－10％， 這些數(shù)據(jù)是由俄亥俄的Carlisle機(jī)械制造公司的技術(shù)總監(jiān)Edward Crowe提供的，這家公司提供工程支持和流程管理服務(wù)。Edward Crowe也認(rèn)為干漆膜與涂料相比，有更優(yōu)良的耐候性，耐化學(xué)性，及抗削切的性能。由于薄片廢料可以經(jīng)重新研磨加入TPO底涂層中，可以循環(huán)利用。
同時，Mayco塑料有限公司開發(fā)了一種全新的非涂料技術(shù)，據(jù)報道，其使用成本比干漆膜更低，因而此項技術(shù)更適合于復(fù)雜的拉伸部件，例如緩沖器儀表盤。這種膜是由Mayco和DaimlerChrysler公司，及兩家原材料供應(yīng)商共同開發(fā)的，DaimlerChrysler公司享有專利權(quán)。Mayco公司擠壓出有光澤的彩飾膜，經(jīng)熱處理成型后，置于注塑機(jī)中而將熔融的原料注射在膜的背面。
Mayco公司憑借他們的彩塑膜的實際應(yīng)用獲得SPE獎。DaimlerChrysler公司2002年推出的Dodge Neon車型，其前部儀表盤采用Mayco公司的MIC薄膜，以PP塑料注射成型作為薄膜的襯底，因而獲得加工技術(shù)進(jìn)步獎。Mayco公司稱，這種漆膜有個很突出的優(yōu)點，即能與車身的金屬色相協(xié)調(diào)。在擠壓沖模制備漆膜時，一些特殊因素使此種薄膜產(chǎn)生出金屬光澤。
MIC膜具有A級的表面光潔度，與車身涂料的顏色，鮮映性，光澤度相協(xié)調(diào)，而且抗刮擦、抗碰撞性能優(yōu)于涂料。相比涂料來說，每個汽車儀表盤節(jié)省成本5到15美元。Mayco和DaimlerChrysler公司認(rèn)為此項技術(shù)在內(nèi)外部器件的制造上都有著廣闊的前景，2003年的Neon車將繼續(xù)在前、后部儀表板上采用MIC膜。隨著進(jìn)一步開發(fā)，MIC膜也可用在所有汽車部件的裝飾上，包括SMC、RIM、SRIM等復(fù)合材料的部件。某些薄膜也可經(jīng)擠壓后直接熱成型制成光潔的部件。Mayco公司計劃將這種薄膜引入其他壓膜機(jī)、熱成型機(jī)、預(yù)切割薄板、預(yù)制外殼等設(shè)備中。
四層MIC膜以一種新型的抗紫外的離子交聯(lián)聚合物FI－311301U－01為基底，此聚合物由an開發(fā)，具有良好的透明度，著色力，承受力。MIC膜的頂層就是這種物質(zhì)形成的膜，約有5－6密耳，其下是30密耳彩飾離子層，可拉伸限度300％。接下來是粘帶涂層，由Schulman和ExxonMobil Chemical公司合作研制，底層是共聚物膜采用ExxonMobil Chemical公司出品的PP7032E2制成。噴射成型時所用的底涂層是ExxonMobil Chemical公司PP8074共聚物。
劃時代的新材料--碳纖維
幾十年前即有預(yù)言，碳纖維復(fù)合材料將取代金屬，用于制造汽車底盤，這一預(yù)言正逐步實現(xiàn)，目前應(yīng)用于某些跑車底盤的制造。本屆SPE大賽底盤/硬件/組裝類獲獎技術(shù)就是2003年DaimlerChrysler公司推出的Dosge Viper型跑車所采用的碳纖維擋板支架系統(tǒng)，這項技術(shù)是碳纖維在大型底盤和車身外部部件上的首次應(yīng)用。以往只有賽車或其他特殊車型會在大型車身結(jié)構(gòu)上采用碳纖維。
這里所指的大型結(jié)構(gòu)是左右擋板支架，從擋風(fēng)玻璃一直延伸到車頭燈。Dosge Viper型跑車所采用的碳纖維擋板支架每個重4.25磅，乙烯酯SMC中參雜了55％碳纖維碎屑，由于沒有夾雜玻璃和其他填充物，新材料比重較小，只有1.4，而標(biāo)準(zhǔn)SMC比重為1.9。同樣的材料也可用在兩個較小的支架和兩個車頭燈支架上，這樣就組成了完整的擋板支架系統(tǒng)。
這四個復(fù)合部件共重13.5磅，由于少用了15到20個金屬零件，重量減輕了40磅。SMC薄壁雖只有2mm，卻能支撐著整個車身前端，而且有34個零件在這里聯(lián)結(jié)，剛性提高了22％。
原材料是由Quantum Composite公司的QMC8590經(jīng)Meridian Automotive 系統(tǒng)壓縮成型。碳纖維復(fù)合材料在汽車中的應(yīng)用同時贏得材料類的創(chuàng)新獎。另有重約2磅的CF－SMC材料用于一體的A支柱和擋風(fēng)玻璃周邊，獲獎的創(chuàng)新點是在SMC車門內(nèi)部薄板。此薄板的主要部分是低密度的玻璃纖維SMC，為了增強(qiáng)門軸末端的硬度在CF－SMC中還添加了1磅Quantum的QMC－8590，這樣總共加起來每輛車用17.5磅的CF－SMC。
極具創(chuàng)新性的是，DaimlerChrysler公司開發(fā)了交聯(lián)復(fù)合法來混和碳纖維和玻璃纖維。經(jīng)過對CF－SMC和GF－SMC材料的復(fù)合順序進(jìn)行測試之后，公司設(shè)計了一種合理的結(jié)構(gòu)，將CF－SMC的兩端與兩個GF－SMC相連，組裝成一種榫槽接合的結(jié)構(gòu)，長度為4英寸。這項技術(shù)可以減少鋼制鉸鏈加固器件的大小，減輕重量，還增強(qiáng)了硬度。DaimlerChrysler公司發(fā)起人說：“接下來要進(jìn)行的革新將用CF材料制造出A級的車身表面?！?/SPAN>
吹塑成型技術(shù)革新
一種新型吹塑成型應(yīng)用技術(shù)獲得了車身內(nèi)部創(chuàng)新獎。Kautex Textron公司制造出首例吹塑揚聲器組件，應(yīng)用在DaimlerChrysler公司2003年新型吉普“牧馬人”上。揚聲器和懸空的頂蓬燈采用整體式殼體，兩個鉚釘鑲在橫搖穩(wěn)定桿上。其制做材料是由Sparten Polycom公司提供的黑色抗紫外含20％玻璃纖維的PP聚丙烯。這種材料的光澤度很低，約2.3甚至更低，這在以前被認(rèn)為是很難達(dá)到的。這種材料在低溫下仍有很好的韌性，而且抗正面撞擊的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)要求。
遵循這項新技術(shù)也可以制造其他新型吹塑汽車器件。Kautex Textron公司的流程總監(jiān)說：“現(xiàn)在我們已經(jīng)達(dá)到內(nèi)部紋理和正面沖撞指標(biāo)要求，可以生產(chǎn)A型、B型和C型立柱。
長纖維材料的迅猛發(fā)展
進(jìn)入本屆大賽決賽的技術(shù)中大多數(shù)聚焦在長纖維增強(qiáng)熱塑性塑料領(lǐng)域，反應(yīng)了他們對長纖維膠粒的注塑或模壓成型，以及在線復(fù)合成型過程中的注塑或模壓工藝的興趣日益高漲。以后者為例，2003年Ford公司推出的F2550/340輕型貨車、“探索者”和“登山者”SUVs，其踏板均采用這項技術(shù)，并獲得車身外部類獎項。Decoma－Mytox公司以填充了40％的長玻璃纖維的PP聚丙烯為材料，利用吹塑成型法制造這些踏板。這些踏板約10英寸寬，1100－2200mm長，每只約重13－17磅，約為同類鋼制產(chǎn)品重量的一半。這種一體化復(fù)合板代替了43個零件的組合件，可使每輛汽車節(jié)約成本10美元。
另一項決賽入圍技術(shù)是以在線雙螺桿復(fù)合壓膜法制備的長玻璃纖維/PP聚丙烯，應(yīng)用在2002年DaimlerChrysler公司的Mercedes E-Class的儀表板支架上。此部件要求的玻璃纖維長度超過0.75英寸。這就好像是很多層狀鋼板嵌入到表盤中，當(dāng)汽車的保護(hù)氣囊迅速膨脹沖擊表盤時起到很好的支撐作用。
2002年歐洲Ford公司的Fiesta首次將注塑長纖維膠粒材料應(yīng)用在塑料密封門的模塊中。此次車身內(nèi)部器件類的獲獎技術(shù)就是用填充了30％長玻璃纖維的PP制作塑料密封門模塊。它比傳統(tǒng)的鋼制模塊輕2－3磅，每輛汽車可節(jié)省5美元。這些模塊由法國Faurecia公司鑄成，StaMax LLC公司提供原料。
StaMax LLC公司另有一項參賽技術(shù)是世界首例無金屬支撐的全塑料一體型前端模塊，由英國Faurecia公司為BMW迷你Cooper生產(chǎn)。
在線噴涂
被稱為首例“可電泳噴涂”的網(wǎng)格增強(qiáng)熱塑性塑料(GOR)是底盤/硬件/組裝類的另一參賽技術(shù)。它在2003年Ford公司的Lincoln“探索者”和“攀登者”SUVs中都有應(yīng)用。Ventrue公司的40％玻璃/礦物填料注塑加強(qiáng)PET在線電泳噴涂時可承受410華氏度的高溫。DuPont公司Rynite940原料在66psi壓強(qiáng)下HDT為466F，264psi時為412F。
Ventrue公司安裝了兩臺4000噸規(guī)格的GOR模具，每個模具均可從14個入口填料。成型后，熱零件置于水浴中，通過風(fēng)扇冷卻可以將原來的冷卻時間由8分鐘降為3分鐘。
“所有車身工程師都以為GOR熱塑性塑料不能進(jìn)行電泳涂漆，但這項技術(shù)卻是個例外，它真的讓我們大開眼界，知道了熱塑性塑料的神奇?！?/SPAN>Ford公司車身工程總監(jiān)Lee Tsai說。PET材料制成的GOR件使每個零件至少減輕10％的重量和15％的成本，這使Ford公司放棄了SMC材料的備用流程。
（轉(zhuǎn)載）
