圖1 Inergy汽車(chē)系統(tǒng)公司的雙片材吹塑成型工藝，用于多層燃油箱的成型。該工藝免去了后成型步驟，其產(chǎn)品達(dá)到了 PZEV排放要求

事實(shí)上，最近發(fā)布的一些進(jìn)展表明，在當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)的困難時(shí)期，塑料比以往任何時(shí)候更能體現(xiàn)自己的價(jià)值。汽車(chē)需求的下滑沒(méi)有造成塑料業(yè)創(chuàng)新的停滯。因?yàn)樗芰闲虏牧虾托鹿に嚳梢詭椭?chē)制造商獲得低成本、質(zhì)輕以及易于回收的部件和系統(tǒng)。

在2008年SPE汽車(chē)復(fù)合材料會(huì)議和第38屆SPE汽車(chē)年度創(chuàng)新獎(jiǎng)評(píng)選活動(dòng)中，塑料材料、塑料工藝的進(jìn)展和創(chuàng)新性的塑料產(chǎn)品設(shè)計(jì)得以集中亮相。其中，新開(kāi)發(fā)的工藝包括雙片材吹塑成型燃油箱和內(nèi)護(hù)面焊接技術(shù)。在材料方面，可以滑動(dòng)成型的TPE、小塊的SMC及用于車(chē)身板的熱塑性復(fù)合材料已被開(kāi)發(fā)出來(lái)。另外，碳纖維復(fù)合材料的大規(guī)模生產(chǎn)已取得突破。

創(chuàng)新的油箱工藝

 Inergy汽車(chē)系統(tǒng)公司開(kāi)發(fā)出了一種新的雙片材吹塑成型技術(shù)。該工藝獲得了“加工/裝配/有效技術(shù)類(lèi)”大獎(jiǎng)。該工藝免去了后成型工序，能夠滿足嚴(yán)格的加利福尼亞州規(guī)定的零排放汽車(chē)(PZEV)要求。該工藝生產(chǎn)的汽車(chē)油箱已經(jīng)被用在2009寶馬7系轎車(chē)中，它與標(biāo)準(zhǔn)的吹塑成型油箱一樣，具有6層HDPE/EVOH結(jié)構(gòu)。

圖2 圖為業(yè)界首次應(yīng)用的一體化擋板和踏腳板。該部件由15%玻纖增強(qiáng)PP制成，被安裝到2008福特Escape SUV上

料坯在擠出機(jī)機(jī)頭和一個(gè)適配器處被分開(kāi)，形成2片8~10mm厚的片材，然后落入模芯和動(dòng)模之間。模芯裝配有3~15個(gè)手動(dòng)放置部件，如翻轉(zhuǎn)閥、燃料輸送模塊和水平傳感器。在片材成型時(shí)，模芯與以上部件相接，之后空模芯后退，模具閉合，片材膨脹成型。與傳統(tǒng)吹塑油箱工藝相比，新工藝的整個(gè)成型的周期縮短了5s。

該油箱僅需一個(gè)孔以嵌入燃料輸送模塊。據(jù)稱，這種工藝能夠更好地控制壁厚以減輕重量。另外，用該工藝生產(chǎn)滿足PZEV要求的油箱，要比傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝更經(jīng)濟(jì)。據(jù)Inergy公司稱，另一種雙片材吹塑成型油箱工藝將于2009年在歐洲得到商業(yè)化。

另一個(gè)創(chuàng)新的“吹塑成型應(yīng)用和外車(chē)身板類(lèi)”的獲獎(jiǎng)產(chǎn)品是業(yè)界首次出現(xiàn)的一體化擋板和踏腳板，該產(chǎn)品被應(yīng)用在福特2008 Escape SUV上。擋板、踏腳板襯墊和踏腳板采用了15%玻纖增強(qiáng)PP，經(jīng)吹塑制成一體化制品。由于改善了裝配性和裝飾性，該部件被安裝在車(chē)身側(cè)面，而不是位于車(chē)身下部。該部件由ABC集團(tuán)成型，長(zhǎng)達(dá)1.75m。和傳統(tǒng)部件相比，其剛性提高了56%，重量減輕了3.9kg，并使每輛車(chē)可節(jié)省部件成本和裝配成本$5。

圖3 HydroPlast系統(tǒng)由 SABIC 創(chuàng)新塑料公司和Vari-Form公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)，首次被應(yīng)用在2008福特Falcon上

Extol公司的紅外焊接工藝進(jìn)入了“工藝/裝配/有效技術(shù)類(lèi)”獎(jiǎng)的最后角逐。該工藝可在汽車(chē)頂棚裝配中取代熱熔膠工藝。該工藝的首次應(yīng)用是在2009福特F150皮卡頂棚的生產(chǎn)中，該頂棚由TrimQuest公司加工成型。緊湊的焊接頭發(fā)射紅外線將不同的塑料部件熔融焊接到一起。這種柔性密封，確保了焊接部件之間的無(wú)縫結(jié)合以及最高效率的熱傳導(dǎo)。氣動(dòng)焊頭壓力為0.14MPa，能夠確保焊接點(diǎn)聚合物的混熔，從而使焊接更加牢固。冷卻空氣穿過(guò)焊接部位帶走熱量。通過(guò)使用夾具，多個(gè)部件的焊接可在20～30s內(nèi)完成。

對(duì)于福特F150的車(chē)頂棚而言，不用熱熔膠裝配，能夠減輕重量10%~15%,同時(shí)使生產(chǎn)周期縮短20%～40%。此外，紅外焊接工藝還能夠降低噪聲，提高可回收性。Extol已經(jīng)證明該工藝能夠用在車(chē)門(mén)板、地板、儲(chǔ)藏柜和茶托上。據(jù)了解，另一款福特汽車(chē)在2009年夏天也將采用這一工藝。

圖4 第一款用于轎車(chē)的熱塑性塑料油盤(pán)模塊是底盤(pán)/金屬件獎(jiǎng)的優(yōu)勝者。該模塊將壓鑄鋁上蓋與多功能玻纖增強(qiáng) Zytel 尼龍66下部外殼整合到了一起

新型前端

一種使用了液壓成形金屬管的塑料/金屬?gòu)?fù)合技術(shù)成為“底盤(pán)/金屬件類(lèi)”獎(jiǎng)的最終入圍者。該技術(shù)首次應(yīng)用在2008福特Falcon車(chē)型的前端上。這種新的HydroPlast 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)歷時(shí)4年，由SABIC創(chuàng)新塑料和Vari-Form公司聯(lián)合研發(fā)。金屬板在順序壓力液壓成型下，能夠形成密閉式圓筒，無(wú)需包覆成型塑料加強(qiáng)筋，這與以前的開(kāi)放式復(fù)合結(jié)構(gòu)有所區(qū)別。金屬管與玻纖增強(qiáng)Noryl GTX PPO/尼龍進(jìn)行包覆成型，并且3D附件或者SmartLok連接件也在管子與塑料之間直接成型。最終的結(jié)果是，使鋼與塑料都發(fā)揮出更好的功效。

與競(jìng)爭(zhēng)的印花鋼結(jié)構(gòu)件相比，該技術(shù)可將部件的重量減輕20%，并可減小包裝空間、提高氣流的散熱效果，以及將尺寸公差控制在±1 mm以內(nèi)。該技術(shù)的其他應(yīng)用如儀表板等，也正在開(kāi)發(fā)當(dāng)中。

“底盤(pán)/金屬件”獎(jiǎng)的優(yōu)勝者是第一種用于旅行車(chē)的熱塑性油盤(pán)模塊。該模塊上部采用了鑄鋁蓋，底部外殼采用了杜邦的35%玻纖增強(qiáng)Zytel 70G35 HSLR尼龍66注射成型。這種油盤(pán)目前安裝在Daimler C級(jí)柴油轎車(chē)上，比全鋁油盤(pán)輕1kg。另外，由于熱穩(wěn)定尼龍的流程長(zhǎng)，因而注射成型周期可縮短20%～25%。在150℃下，該油盤(pán)具有更好的剛性和耐油性。一體化的氣阻托盤(pán)/擋油圈被焊接到油盤(pán)的平坦部位。這種一體化的擋油圈改善了燃油的流動(dòng)性，從而減小了燃油的晃動(dòng)。對(duì)于該部件，杜邦還希望再集成一些其他部件，如導(dǎo)油管、油水平開(kāi)關(guān)、油過(guò)濾器以及其他的回油部件。

圖5 圖為Inteva Products生產(chǎn)的搪塑TPE儀表板蒙皮。其使用的苯乙烯/烯烴共混物與PVC或者TPU相比，具有相當(dāng)或者更好的性能，同時(shí)重量可減輕20%，VOCs排放或者霧化也更低

材料創(chuàng)新

材料類(lèi)獎(jiǎng)的優(yōu)勝者是搪塑儀表板蒙皮，據(jù)稱該技術(shù)首次在北美使用。該部件所用的苯乙烯/聚烯烴共混物名為“Invision TPE”，由內(nèi)飾件生產(chǎn)商Inteva Products開(kāi)發(fā)。據(jù)報(bào)道，這種儀表板蒙皮與PVC或者TPU蒙皮性能相當(dāng)甚至更好，但是重量減輕了20%，并且無(wú)VOCs排放或霧化。該儀表板蒙皮被用在2008 GM Saab 9-7X SUV上。

該材料能夠利用PVC或者TPU加工設(shè)備進(jìn)行成型。其配方具有低粘度、低剪切的特點(diǎn)，獨(dú)有的添加劑具有優(yōu)良的粉末填裝和高流動(dòng)性，粉末無(wú)聚集，同時(shí)降低了孔隙率。該材料的另一個(gè)關(guān)鍵特點(diǎn)是具有-35℃的低溫延展性和更好的長(zhǎng)效耐候性以及尺寸穩(wěn)定性。Inteva已經(jīng)將許可證頒給混配料供應(yīng)商A. Schulman公司，以讓其在美國(guó)和歐洲制造和銷(xiāo)售Invision TPE。

材料類(lèi)獎(jiǎng)入圍者還包括使用了納米粘土的輕質(zhì)SMC，據(jù)稱這是第一種沒(méi)有使用中空微珠而獲得低密度的材料。使用這種材料制成的卡車(chē)引擎蓋，其重量可比原部件減輕20%。這種引擎蓋基于Arotran 720聚酯（A級(jí)表面樹(shù)脂）和Arotran 740聚酯（用于結(jié)構(gòu)增強(qiáng)），這兩種樹(shù)脂都來(lái)自Ashland復(fù)合材料公司。

據(jù)Ashland高級(jí)研究員Helena Twardowska介紹，原來(lái)200份的碳酸鈣填料可以用20~50份的增強(qiáng)型填料和3~5份的來(lái)自南方粘土公司的Cloisite納米粘土取代。納米粘土具有很高的分散效率，使用少量的納米粘土即能形成微孔。這種粘土可將高溫模量提高15%~20%，并且能夠減少收縮，改善制品表面質(zhì)量。

圖6 Ixis 熱塑性復(fù)合材料片材由 Azdel和SABIC 創(chuàng)新塑料開(kāi)發(fā)，可用于車(chē)身板的制造。這種車(chē)身板擁有連續(xù)非取向纖維外層和無(wú)規(guī)短切纖維芯層

為改善涂膜性能，Ashland在該SMC配方中添加了丙烯酸酯增韌劑。該材料密度雖較低，但其機(jī)械性能并沒(méi)有下降，而且可以通過(guò)現(xiàn)有設(shè)備來(lái)加工。Ashland稱，該材料的成本比標(biāo)準(zhǔn)的SMC高15%，此外還有其他幾種輕質(zhì)的SMC材料，可用作行李蓋和其他一些汽車(chē)配件。

外飾件獎(jiǎng)的最終入圍者是用于業(yè)界首個(gè)隱形觸摸板非鑰匙式系統(tǒng)的有機(jī)玻璃門(mén)柱貼，這種系統(tǒng)目前應(yīng)用在福特Flex和林肯MKS車(chē)型上。該門(mén)柱貼使用了Altuglas International公司開(kāi)發(fā)的耐沖擊和抗刮擦的Plexiglas有機(jī)玻璃尾燈材料。該材料通過(guò)新型著色劑被配成深黑色，其光澤超過(guò)了帶有硬鍍層的PC、預(yù)噴涂鋁和粉末噴涂鋼。使用這種新材料制造門(mén)柱貼，每個(gè)可節(jié)約成本$2.5。該門(mén)柱貼采用雙色注射成型，包括1個(gè)黑色改性有機(jī)玻璃組件，以及1個(gè)由中等沖擊強(qiáng)度有機(jī)玻璃制成的2mm厚、半透明的非鑰匙式窗口。

內(nèi)飾件獎(jiǎng)的最終入圍者是福特與混配料供應(yīng)商Advanced Composites公司開(kāi)發(fā)的TPO。據(jù)說(shuō)該材料開(kāi)創(chuàng)了新的低溫韌性標(biāo)準(zhǔn)，可用在無(wú)縫氣囊上。新TPO用在福特?？怂购土挚?/SPAN>MKS上，在-40℃時(shí)也具有延展性，能夠達(dá)到福特的低溫抗沖擊要求。氣囊系統(tǒng)由Automotive Components Holdings公司注射成型，比軟質(zhì)儀表板式氣囊成本低且輕2.3kg。

內(nèi)飾件的獲獎(jiǎng)?wù)呤歉Ｌ?/SPAN>Flex車(chē)型的模塊化的控制臺(tái)底托架和變速箱組件。該結(jié)構(gòu)件在注射成型時(shí)，由于使用了20%玻纖增強(qiáng)的回收SMA作為變速箱組件的底板，因而免去了金屬框架的使用。這樣使得整個(gè)系統(tǒng)的裝配得到了簡(jiǎn)化，并改善了裝配性能和外觀，以及優(yōu)化了封裝性能。同時(shí)，成本也得以降低，重量則減輕了2.3kg。

新車(chē)身板解決方案

在SPE汽車(chē)復(fù)合材料會(huì)議上，SABIC創(chuàng)新塑料和Azdel聯(lián)合介紹了Ixis 157材料。這是一種組合型熱塑性復(fù)合材料，專用于制造水平車(chē)身板。這種車(chē)身板具有三明治結(jié)構(gòu)，其芯層是50%無(wú)規(guī)玻纖增強(qiáng)的PP，2個(gè)表皮（0°/90°）由60%的連續(xù)非取向玻纖增強(qiáng)的PP制成。該表皮達(dá)到A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，尺寸穩(wěn)定性好，易于加工，并使材料總成本降低。據(jù)介紹，2個(gè)表皮層通過(guò)壓延而被粘接到芯層上，最終形成2mm厚的板材。該板材比鋼輕50%，具有良好的隔音性能，并且專為離線噴涂而設(shè)計(jì)，其HDT達(dá)到157℃。

圖7 在2008 福特 Mustang以及福特其他8款車(chē)型的PUR發(fā)泡座椅中，大豆基多元醇取代了12%的石油基多元醇

Ixis 157材料適于采用鋁制模具的低壓成型(0.1～0.7 MPa)，當(dāng)其板材產(chǎn)量達(dá)到100 000個(gè)/h時(shí)，可比鋼板節(jié)約85%的成本。該材料的壓縮成型周期為2min，小批量生產(chǎn)時(shí)可以采用200℃的真空袋成型，成型周期為20min。

盡管該材料已被應(yīng)用在通用的Chevrolet Volt 和Hyundai QarmaQ概念車(chē)上，但是還沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。預(yù)計(jì)在2009年，歐洲和美國(guó)的汽車(chē)廠商會(huì)將其應(yīng)用到汽車(chē)頂棚上。目前，另一種相似的復(fù)合材料Ixis 200已經(jīng)上市。該材料是基于SABIC創(chuàng)新塑料的 Xenoy PC/PBT開(kāi)發(fā)的，其HDT為200℃，可以在線噴漆和進(jìn)行e涂層處理。

碳纖維引人注目

碳纖維復(fù)合材料在汽車(chē)領(lǐng)域經(jīng)歷了一個(gè)井噴式發(fā)展。高性能和定制化獎(jiǎng)被授予了2009 Corvette ZR1（第一款能夠滿足FMVSS前端撞擊測(cè)試的量產(chǎn)車(chē)型）的A級(jí)引擎蓋。該部件使用的碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸料坯的彎曲模量達(dá)到96 527MPa，重量5.4kg，僅為SMC引擎蓋的一半。該部件為兩板結(jié)構(gòu)，外板經(jīng)過(guò)噴涂而獲得6層未取向A級(jí)表面，含有織物的預(yù)浸料坯內(nèi)板則經(jīng)過(guò)拋光而獲得接近于A級(jí)的表面。此外，該引擎蓋還于業(yè)內(nèi)首次配置了透明的聚碳酸酯視窗，同時(shí)為減小刮擦、起霧和腐蝕，還使用Ashland開(kāi)發(fā)的膠粘劑在其表面粘結(jié)了一層PUR。

Plasan碳纖維復(fù)合材料公司采用真空灌注和高壓罐成型引擎蓋。其使用的環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)自ETS公司，具有快速固化及低VOC排放的特點(diǎn)，并被預(yù)先加入了紫外線穩(wěn)定劑。Plasan可在不超過(guò)60min 的時(shí)間內(nèi)，在143℃下固化8個(gè)引擎蓋。Plasan為此還使用了自動(dòng)化的粘結(jié)、機(jī)加工和檢測(cè)系統(tǒng)?！澳＞叱杀驹?/SPAN>$100 000以下，這比SMC模具成本低90%。因此，最終部件的制造成本比SMC更具競(jìng)爭(zhēng)力?！?/SPAN> Plasan工程經(jīng)理Gary Lownsdale說(shuō)。Plasan的另一種碳纖維引擎蓋已在福特Mustang Shelby 500KR上得到商業(yè)化應(yīng)用。

圖8 Hyundai Verna的汽車(chē)格柵首次使用了帶有Soliant公司鉻質(zhì)漆膜的 6個(gè)ABS嵌件的模內(nèi)裝飾工藝

可再生技術(shù)

“環(huán)境類(lèi)”獎(jiǎng)項(xiàng)的優(yōu)勝者是首次使用大豆基多元醇制成的聚氨酯（PUR）發(fā)泡座椅。在2008 福特Mustang以及福特其他8款車(chē)型的PUR發(fā)泡座椅中，有近12%的石油基多元醇被大豆基多元醇所取代。

該技術(shù)的研發(fā)合伙公司Lear稱，他們從Urethane Soy Systems公司采購(gòu)大豆多元醇，再通過(guò)特殊的工藝將其與傳統(tǒng)的多元醇共混。這種共混配方可以減少66%的VOCs排放，同時(shí)顯示出比石油基多元醇更低的霧化水平。

對(duì)于未來(lái)的計(jì)劃，Lear和福特將增加大豆基多元醇的含量，使之達(dá)到25%。同時(shí)，福特將為John Deere公司頒發(fā)技術(shù)許可證，以進(jìn)行其他內(nèi)飾發(fā)泡部件的探索，如頭部緩沖墊、椅子扶手和中央控制臺(tái)。

“環(huán)境類(lèi)”獎(jiǎng)的另一個(gè)入圍者是首次使用回收TPO制成的耐候性部件。該部件是GMC Envoy 和 Chevrolet Trailblazer SUV的進(jìn)氣板，其注塑材料使用了100%的回收TPO，配方中包含20%的滑石。

回收公司MRC Polymers的專利涂層去除工藝，能夠以最小的污染回收TPO材料。據(jù)說(shuō)這種回收料與原始料的物理性能相當(dāng)。由于水基回收工藝所產(chǎn)生的廢物經(jīng)烘干后一般可作為填料出售，因此與原始料相比可節(jié)約2.2%的成本。更重要的是，每年將有202t的填埋廢物被重新利用。

模內(nèi)裝飾

“工藝/裝配/有效技術(shù)類(lèi)”獎(jiǎng)的最終入圍者還包括Hyundai Verna汽車(chē)的鉻質(zhì)表面前格柵，據(jù)稱這是首次使用超過(guò)4種裝飾薄膜與注射成型同步制成一個(gè)部件。該前格柵的6個(gè)熱成型嵌件由0.5mm厚的帶有Soliant公司鉻質(zhì)漆膜的 ABS片制成，它們通過(guò)一步注射成型被嵌入到ASA芯層中。該方法由于消除了電鍍鉻、修飾和噴涂的后處理步驟，從而提高了產(chǎn)品的可回收性和制品的耐久性。

Soliant公司和韓國(guó)模塑商Motost開(kāi)發(fā)了用中央澆口代替連續(xù)澆口，以便可以處理多嵌件的專用模具。該模具的工作原理是通過(guò)在模芯和模腔側(cè)面創(chuàng)建分流器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)塑料熔體的最大控制。

首個(gè)EPP頭枕

“安全類(lèi)”獎(jiǎng)的入圍者是首次應(yīng)用的蒸汽室成型發(fā)泡PP頭枕，該頭枕達(dá)到了FMVSS-202a對(duì)頭部舒適的要求。福特的幾款車(chē)型，如?？怂?、 Flex、 MKS轎車(chē) 以及F-150卡車(chē)均裝配了這種頭枕。該部件的生產(chǎn)是由3家公司完成的，其中，JSP International公司生產(chǎn)和銷(xiāo)售EPP粒料，Tegrant公司完成EPP的成型，Windsor機(jī)械集團(tuán)完成整個(gè)部件的裝配。在整個(gè)部件中，泡沫被成型到局部的凹陷中，因而降低了殘余變形，滿足了FMVSS-202的凹陷和高度保持能力要求。搭扣的設(shè)計(jì)取消了滑片和推桿，使頭部更加安全。該部件的大小適當(dāng)，可在32腔模具上成型。其成型模具的成本顯著低于注射模具或者吹塑模具。

線切割PS發(fā)泡可用于低成本的頭部沖擊能量吸收裝置的制造。這一產(chǎn)品是安全類(lèi)獎(jiǎng)項(xiàng)的最終贏家。陶氏的Impaxx PS發(fā)泡片材以塊狀擠出，接著采用線切割技術(shù)使其具有復(fù)雜形狀。該工藝的優(yōu)勢(shì)是無(wú)需模具、部件重量減輕25%（與競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品相比），以及設(shè)計(jì)和生產(chǎn)可在5天內(nèi)完成。 

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