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无油漆模内薄膜装饰和碳纤维复合材料正在进入外观和结构零件领域。吹塑成型正在寻找新的核心用途。而且，长纤维热塑性塑料正在使新型乘用车内外零件的重量和成本降低。 （图片） 大幅度提高零件强度、减少加工和组装步骤以及减少修边量……这些都是汽车制造商非常希望实现的。这些品质在第32届年会SPE汽车分会展览会进入决赛的产品上充分体现出来了。创新奖奖项的获奖产品也在不久前宣布了。在20个进入决赛者中，有5项领先潮流的应用和技术被选为获奖者。在16位评判员当中，包括塑料、汽车和设计出版物的编辑，以及技术咨询人、大学教授和至少一位已退休的汽车制造公司的执行官。
在本年度的获奖者中，有两个突出的例子显示出无油漆模内薄膜装饰技术正在进入大型外部车体板件领域。另外两个获奖者庆贺他们长久期待的碳纤维复合材料在结构底盘应用方面的突破。有四个进入决赛者证实了长纤维热塑性塑料在车内和车外零件应用领域日益凸显的重要性。还有两个进入决赛者认识到吹塑成型在汽车内件和第一个可电喷涂的全热塑性塑料前端支架领域的机遇。
告别老式油漆
汽车和其它制造行业为了避免既烦琐又费钱的涂漆操作，对于改用可成型的“干漆膜”越来越感兴趣。这种材料就是涂覆了可拉伸漆层的塑料薄膜，在薄膜热成型时，漆层可保持其完整性。典型的用途采用熔融树脂注塑成型法背衬的已成型漆膜作为嵌入件。在有些情况下，采用厚型涂漆片材直接热压成型为车体零件。
目前的趋势是将干漆膜用于越来越大型的零件上。通用汽车公司2003款Chevrolet Trailblazer North Face车的镶嵌成型件恐怕是迄今最大的漆膜应用了（6.5ft长），而且据报道，是干漆膜在产品汽车上首次热压成型高光泽车体色的应用。这种零件获得了车体外类的创新奖。
干漆膜来自SoliatLLC公司，四层结构的Fluorex薄膜由可热压成型的面层（成型后剥离掉）、含氟聚合物透明层、颜料层和粘接层/底层构成。基材是150密耳厚的TPO片材，它由Spartech Plastics公司用挤出层压法粘接在漆膜上。零件由位于密执安州Grand Rapids市的Stac Pac公司进行热压成型和计算机数字控制修边。
TPO塑料的熔体强度低，过去一直是很难于加工成型的材料，但是，由于在材料方面的改进和加工专有技术的引入，像这种大型热压成型零件正在日益得到普及。Equistar Chemicals公司专门为此用途研制了一个反应器TPO牌号Flexathene PD 951，它是为了适应在成型过程中即使达到300%拉伸率时与漆膜仍有良好的粘接能力而专门设计的。TPO还必须具有较高的熔体强度（由高分子量聚丙烯基体提供）、低的CLTE以及较好的刚性和低温冲击性能。
对于这种用在特种车辆上的零件，不采用注塑成型而采用了热压成型，是由于产量相对较小（每年7000～8000辆车）和研制所需的时间较短。原型零件在3～4个星期内就能做出来，安装生产机具只需要８个星期。据说，每个零件可以节省7%～10%的油漆费用。另外，干漆膜比油漆具有更好的耐候性和耐化学品性能，而且不会碎裂。层压片材的碎屑可以回收，因为可以把它重新磨碎，放回到TPO基材中去。
同时，Mayco Plastics公司开发了一种不同的非涂漆方法，据报道，此方法比干漆膜法的成本更低，并且也许更适合于像保险杠面板那样复杂的深度拉伸零件。薄膜是由Mayco公司和戴姆勒克莱斯勒公司（其专利正在申请之中）以及两家材料供应商合作开发的。Mayco公司负责挤出一种富有光泽的彩色薄膜，然后把它热压成型为零件的形状，放到注塑模具里，在它的背面注塑熔融的物料。
Mayco公司的“压入着色”（MIC）薄膜由于属首次商业应用而荣获了SPE奖。2002款戴姆勒克莱斯勒Dodge Neon车的前面板（它是由Mayco公司将聚丙烯共聚物注塑在压入着色薄膜的背面制造的）是工艺实现技术类的获奖者。Mayco公司称，该技术的一大优点是此薄膜可以与金属色车体漆相匹配。挤出机模板的特征有助于使金属片状粉末定向。
压入着色薄膜可以达到A级表面光洁度，这在颜色、DOI和光泽度方面可与车体漆相匹配，但是它比油漆更耐划伤和撞击。与油漆相比，据说每件面板可以节省5～10美元。
压入着色薄膜还将用作2003款Neon车的前部和后部面板，而且Mayco和戴姆勒克莱斯勒两家公司都认为可在车内和车外部件方面获得广泛应用。通过进一步开发，压入着色薄膜可以用作整个车的包括SMC和RIM或者SRIM零件的表层。厚度较大的薄膜也可以挤出，并直接热压成型为最终的零件。Mayco公司打算向其它模压制品商和热压成型制品商提供压入着色薄膜卷材和预切割片材，或者预成型的壳体。
四层结构的压入着色薄膜基于一种由A. Schulman为了透明性、可着色性和耐久性而研制的新型紫外线稳定的离聚物Formion FI-311301V-01。一层5～6密耳厚的这种材料的透明层构成薄膜的外表面。在它的下面是一层30密耳厚的离聚物色母料层，据报道，它可以被拉伸300%， 再下面便是由Schulman和ExxonMobil Chemical公司合作研制的粘接层，最下面的背衬层是ExxonMobil公司的PP7032共聚物。注塑成型的基材是ExxonMobil公司的PP8074共聚物。
薄膜用模具进行热压成型，此模具的形状应当与注塑成型模具完全匹配，以防止随后产生皱褶。热压成型机是来自AVT公司的一种传统的并列式机器。它有一个往复运动的炉子，用来加热两个模腔里的片材，与此同时，另外两个零件正在进行模压和脱模。然后，Fanuc有关节手臂的机器人把预成型好的表层放入注射模具里。在成型之后，过多的薄膜被修剪掉。预期将来可以采用模内修剪机构进行修剪。
碳纤维的里程碑
几十年前曾预言碳纤维复合材料会取代金属用来制造汽车底盘结构件。现在，这个预言正在变成现实。面板/硬件/组件类的SPE奖项被2003款戴姆勒克莱斯勒Dodge Viper 运动车的碳纤维防护板支架系统获得。据介绍，这个进入决赛者是碳纤维在大型底盘或车外部件采用可以批量生产的工艺（即模压成型SMC）的首次应用。以前使用碳纤维的大型车体结构件只出现在跑车或者其它式样奇特的车辆上，而且是用预浸胶片或者湿叠层工艺制造的，不适宜大批量生产。
在这种情况下，大型部件就是左右防护板支架，从防风玻璃罩一直延伸到大灯。它们每件重达4.25磅，采用含有55%无规则短切碳纤维的乙烯基酯SMC。未加玻璃纤维或者填料之前，它们的比重为1.4，而标准SMC的比重为1.9。相同的材料还用于构成整个防护板支架系统的两个较小的支架和两个大灯支座。
这四个复合材料零件的总重量只有13.5磅，但它们却取代了15～20个金属零件，使重量减轻了40磅。薄壁（2mm）的SMC支架支承了整个车体的前端，并为34个部件提供了附着点，其结果是前端的刚度提高了22%。
在这种车上使用碳纤维复合材料还获得了材料类的创新奖。另外2磅CF-SMC用作整体式A支柱和防风玻璃周围部件。但是，获创新奖的是SMC门内板。大多数门内板都是低密度玻纤SMC制造的，但还有1磅Quantum公司的QMC 8590 CF-SMC用于提高门的铰链安装端的刚度，这里有一个钢制铰链支柱加强件被粘接在门内板上，这使每辆车所使用的CF-SMC加起来总共有17.5lb重。
最新的方法是由戴姆勒克莱斯勒公司开发的采用重叠加料来“混合”碳纤维和玻纤SMC材料的技术。在对各种重叠加料安排进行试验后，戴姆勒克莱斯勒公司设计了一种结构完善的连接界面，即使一次CF-SMC加料的末端夹心在两次CF-SMC加料的末端之间，这很像一个舌榫接头。搭接的长度为4in，尺寸更小，重量减轻6.5lb，同时又使门的凹处的刚度提高了2倍。根据一份戴姆勒克莱斯勒的资料，下一步的革新将是用碳纤维产生A级表面（光洁度）。
吹塑的创新
一种全新的吹塑应用赢得了车体内件创新奖。密执安州Troy市的Kautex Textron公司首次为2003款戴姆勒克莱斯勒Jeep Wrangler车生产了吹塑成型的扬声器箱组件。这种在带有蓄积头的机器上制造的部件是用于扬声器和顶灯的单件（整体）壳体。两个这种音箱安装在辗杆上。黑色的、含有紫外线稳定剂的材料是Spartech Polycom公司用20%玻纤填充的聚丙烯。它具有低的光泽度（2.3或者更低），据报道，这是很难达到的数值。它还具有低温韧性，这大大超过了美国对头部撞击强度的要求。
其它新型吹塑成型车内零件的应用可能会随着这一进展而涌现出来。Kautex Textron 公司主管这种车辆的项目经理Jim Schwaegerle说：“既然我们已经掌握了车内零件的纹理和头撞击要求，我们就可以吹塑成型A、B和C柱了。”
长纤维突击战
在进入本年度竞赛决赛的公司中，大多数集中在长纤维增强的热塑性塑料领域，这反映出人们对于长纤维粒料和在线掺混两者的注塑和模压成型以及对成型工艺的兴趣激增。后者的一个例子是2003款福特F250/340“皮卡”和Explorer和Mountaineer SUVs的脚踏板。它是车体外件类的一个进入决赛者，它是加拿大安大略省Woodbridge市的Decoma Mytox公司用40%长玻纤聚丙烯注塑成型制造的。它们每块的重量大约是13lb～17lb，仅是钢制同类零件重量的一半。用单件复合材料脚踏板取代用43个零件组装的部件，每辆车可以节省10美元。
这一用途是Decoma Mytox公司从Composete Products公司（CPI）获得许可的特殊在线掺混和成型工艺后的首次大宗应用，该工艺也用于成型一种型号的脚踏板。CPI工艺采用一台单螺杆挤出机来熔融树脂，并与添加剂混合；另一台单螺杆挤出机用来掺混。0.5in的短切玻璃纤维。混合物被挤出到一个蓄积器里，从那里推出一条6.5in直径的“圆棒”。这批料由一个机器人传送到一个注射器里，用一个柱塞给一台400t立式压力机的双腔模具喂料。零件至零件的操作循环时间是1.5min～2min。
长玻纤/聚丙烯的在线双螺杆掺混和模压成型产生了另一个进入决赛者，即2002款戴姆勒克莱斯勒Mercedes E级车的仪表盘支架。
注塑成型长纤维粒料被用于2002款欧洲福特Fiesta车首创采用的塑料密封门组件。这个车内零件类的进入决赛者是注塑成型的30%长玻纤/聚丙烯零件，它比传统钢制组件的重量轻2lb～3lb，节省的成本可达20%，或日每辆车5美元/磅。该零件由Faurecia公司采用StaMax LLC公司的长玻纤粒料成型而成。
另一个注塑成型的进入决赛者是StaMax公司的全世界首创无金属支架全塑整体前端组件，它是由英国Faurecia公司为宝马Mini Cooper车生产的。
联机涂漆
号称第一个“可电喷涂的”热塑性塑料格栅口补强件（GOR）是底盘/硬件/组件类的另一个进入决赛者。它出现在2003款福特Lincoln Navigator车和福特Expedition SUVs车上。它由密执安州Fraser市的Venture Industries公司采用40%玻纤/矿物质增强PET注塑成型而成，能够经受联机电喷涂时410°F的高温。所用的矿物质是杜邦公司的Rynite 940牌号，它的热变形温度在66lb／in２为466°F，在264lb／in２为412°F。
Venture公司在一台4000t压力机上安装了两个格栅口补强件模具，并通过14个流道给每个模具加料。成型之后，将热的零件放入水浴里冷却，可将冷却时间从使用冷却风扇时的8min减少至3min。
“没有一个工程师想过热塑性塑料的格栅口补强件（更不要说这么大尺寸的零件）还能够进行电喷涂。这真让我们开眼了，知道热塑性塑料能够做什么了，”福特公司车身工程管理人Lee Tsai说。福特公司已经放弃了一项后备的SMC计划，因为PET格栅口补强件至少可以使每个零件减轻10%的重量，节省15%的成本。
4/27/2005
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