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欧洲的汽车制造商很早就开始用玻璃纤维毡增强热塑性复合材料代替钢材来制作备胎箱（SWW）。尽管这项应用已经有20余年的历史了，但是亚太以及北美地区的OEM制造商对此却仍然知之甚少。在此，就让我们来领略一下这一技术所具有的优势。 （图片） 背景和要求
备胎箱（SWW）是一种常用的客车部件，里面通常放置备用轮胎、轮胎撬棒和千斤顶等。这种大型部件一般是被模塑成一个开放式的箱体，箱体上配有一个耐负荷材料制成的顶盖，有时还在盖板上或箱体上铺上一些装饰性材料。通常，这种部件必须经过多项检测后才能被装配到车辆上，尤其是对其冲击性能的要求最为严格。
由于冲击性能不仅取决于SWW的结构，也受轮胎轮毂吸收能量大小的影响。因此，这项检测通常被认为是所有检测项目中最重要的一项。
此外，对SWW的检测还包括抗噪音/振荡/平稳（NVH）性能、耐候性、阻燃性、耐化学品性和抗热老化性以及一些常规的标准机械性能测试，包括冲击性能、拉伸性能、伸长率等。传统的检测还包括在凸凹不平的道路上驾驶汽车以检测箱底被刮擦的情况。
在过去的数十年里，制造这种部件的材料通常是钢板。但是，在汽车“减肥”的呼声日益高涨以及削减成本的要求下，许多欧洲的OEM制造商都在寻求用复合材料来代替钢材，聚合物复合材料的重量优势因此而显现出来。由于钢材价格的上涨，特别是对于一些小批量生产的汽车，聚合物复合材料具有成本上的优势。
复合材料的选择
用在客车上最普通的复合材料是玻璃纤维毡增强热塑性复合材料(GMT)。将各种类型的玻璃纤维毡如长玻璃纤维、随机取向玻璃纤维、短玻璃纤维或者玻纤织物填充到聚合物基体中即得到这种高强度的复合材料。一般情况下，基体树脂采用聚丙烯，而事实上，任何热塑性塑料都能够满足要求。通常在选择聚丙烯时，首先要考虑聚丙烯基体本身应具有较高的力学等综合性能，还要使其有良好的加工性能。据热熔法工艺特点，要求聚丙烯在熔融态时，有较低的熔融粘度，使其能比较容易地渗入玻纤毡和浸润玻纤，并在片材进行二次甚至多次的热成型加工时具有良好的工艺流动性。熔融指数MI是表征熔融粘度的指标，MI小的聚丙烯，由于分子量大，力学性能较好，但在熔融态下，粘度大，难于渗透与浸润玻纤毡，使基体与玻纤毡间结合力差，结果降低了复合材料的力学性能。MI大的聚丙烯，分子量小，本身力学性能较差，但在熔融态下，粘度较小，易于渗透与浸润玻纤毡，使基体与玻纤毡间有较好的结合力，其协同作用的结果，使产品有较好的力学性能。因此，要选择适当MI值的聚丙烯。在不必改变任何加工方式的情况下，各种类型的玻纤复合材料都可以在模具里被很好地组合在一起。
一般，30mm?50mm或更长一点的玻纤增强的GMT比长纤维增强热塑性塑料（LFT）或片状膜塑料（SMC）具有更高的冲击强度和韧性。所谓LFT是将添加剂填充到聚合物基体中，再将其切割成一定长度的长玻纤粗纱，然后浸透到熔体中通过压缩或转移压缩成型。成型以后，纤维的平均长度为5cm?20cm。SMC是将切成25mm?50mm的玻纤填充到热固性聚酯树脂中，通过注射或压缩成型。SMC在加工之前必须保持冷却状态，而且有保质期的限制。
由于GMT和LFT是热塑性复合材料，因此加工过程中产生的边脚废料或废弃的部件能够被循环再利用，这也符合欧洲关于“汽车部件必须能够被回收再利用”的规定。比较而言，由于GMT和LFT采用的是聚丙烯树脂基体，因此比SMC的聚酯基体更轻。另外，SMC是热固性材料，因此也更脆，不适合用作抗冲击材料。另外，SMC的加工成型时间较长，制造像备胎箱这样的部件往往需要2min?3min。因此，对于备胎箱的制造而言，GMT是更好的选择。
材料更新换代的复杂性
相对于钢铁材料而言，玻璃纤维毡增强热塑性复合材料的优点是：降低了重量和成本，减小了安装空间，消音性能和NVH性能更好，耐腐蚀性更优良。同时，生产效率得到了提高，部件的装配、修改、堆放以及组合没有额外的成本开销。所有这些优点使得玻璃纤维毡增强热塑性复合材料备胎箱在欧洲至少有20年成功应用的历史。目前，已经有5家OEM制造商使用这种材料制造备胎箱，另外还有几家汽车部件制造商正处于试生产阶段，预计年底进入商业化应用。
如前所述，最初人们认为GMT备胎箱更适合于批量为15000或者数量更少的轻型汽车的生产中。而后来的应用经验表明，这种替换具有更多的优点——无论对于整车的组装还是对于零部件生产商而言，都意味着成本的明显降低。因此，一项新的计划正在酝酿实施，即每年在30000辆以上的汽车上装配GMT备胎箱，其中包括平板车。
既然GMT备胎箱有如此多的优点，为什么在欧洲以外的地区却很少用到这种材料制造备胎箱呢？这涉及很多因素。首先，在欧洲，汽车的箱体是与汽车底盘分离的部件，工程师们对箱体的检测只是为了降低成本、增加功能和加固零件。而在北美则不同，箱体不属于某一个部门的产品而被认为是车架的一部分。因此，某一部件要想更新换代就很难得到内部人员的支持，因为材料的改变必然会引起生产过程的改变。例如，GMT备胎箱要经过静电喷涂之后，再进行加工装配。另外，生产过程的改变一定会牵涉到一定量的资本投入，这些投资不仅仅来自于整车厂商，也必然会分摊到其他部件加工制造供应商身上。最后，对于北美的OEM制造商来说，要制造玻璃纤维毡增强热塑性复合材料备胎箱还需要培训相当数量的熟练工人，无形中又增加了成本。
当然对于北美的汽车制造商而言，他们也具有一些选用GMT备胎箱的技术优势：由于燃料箱的装配技术已经很成熟，可以从车架的尾部或上面进行装配，这使箱体的装配工作可以在整车初装阶段就能够被完成。另外，粘接挡风玻璃的设备以及双组分氨基甲酸酯胶粘剂已经被证实可以将SWW很好地粘接在白车身上。因此，只要建立合适的装配线，就能够达到10000?30000辆的整车产量。
综上所述，较低的追加投入（50000美元或以下）、不占用乘客空间的优化设计、在降低成本的同时，还可开发出更多的使用功能，所有这些都将使GMT备胎箱成为北美汽车制造商们的新宠。
8/20/2005
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