复合材料在轻型卡车中的新应用

    在过去十年中,对于北美轻型卡车制造商来说,无疑是个艰难的时刻:美国经济大发展的同时,汽油和柴油的价格却涨幅不高,这样难免无法使消费者将目光投入到轻型卡车之上。而在近几年,北美轻型卡车的销售次跃居到客车之上。消费者信心指数始终表明他们赞成更大,更豪华的皮卡,SUV和小型货车,美国汽车制造商们当然会迎合消费者的胃口。今天,美国大部分地区的汽油价格将近5美元/加仑,同时,石油行业分析师们预测石油未来的产量将大大减少,并且比以往任何时候更加昂贵。
    在这种情况下,提高车辆的能源效率就显得尤为重要。不幸的是,具备一定实力的汽车制造商们无法迅速改变车型研发方向。皮卡、SUV和小型货车的销量不断下降,而原材料和零部件成本却越来越高,都使得制造商瞄准了轻型卡车市场。
    皮卡车型始终是复合材料难以打入的市场,而问题的存在大多由于制造商们不太理性。传统的皮卡业主和OEM设计工程师们一直不愿接受这一部分高分子材料,理由是,他们认为复合材料缺乏必要的强度和使用耐久性。汽车复合材料的推进工作在汽车制造业中相对于其他轻量化材料仍然进展缓慢,起伏跌宕。究其深层次原因,其中很重要的一点是,汽车行业的企业家、工程技术人员和用户,包括目前汽车复合材料的部分从业人员对复合材料缺乏正确的认识。
    钢铁行业不缺乏市场活动运作资金,长久以来进行的市场宣传活动使得人们已经根深蒂固的将“刚性”和“耐久性”与钢材联系起来。汽车制造商们往往错误的认为复合材料比钢材生产成本更昂贵,而且复合材料部件的制造速度过慢,无法满足高产量汽车制造的需求。(事实上,石油原料和运输成本上涨也打击了塑料行业,大多数树脂供应商被迫提高价格。)
    尽管如此,钢铁价格还是自去年秋季以来翻了一番,目前平均下来每辆汽车都要增加500美金的制造成本,钢材供应商表示价格在未来还要继续上涨。这样的境况,再加上复合材料在汽车领域不断出现成功的应用案例,使得皮卡车型的众多设计工程师将目光头像了复合材料之上。强调创新的制造商们无一不发现了通过使用复合材料能够降低车身重量,提高燃油效率,除此之外还能够提高车辆外观、安全性和功能性。
    RANGER GROUP新开发成功的第三代ASTRA复合材料整体驾驶室,它的车门内外板、外侧板、扰流板以及前围板均采用SMC工艺生产制造,底部地板、车顶、后厢板、两侧门框板、踏脚板以及挡泥板则采用RTM工艺生产制造,整体复合材料驾驶室采用粘接工艺连结在一起,使制造成本,车身重量都有大幅度下降,一些SMC部件由于采用低压SMC新技术使整体驾驶室的质量更佳.
RTM侧护板
    RANGER GROUP为依维柯EUROCARGO MLL重型卡车提供的用SMC+RTM混合工艺制作的模块化高顶,同时还为该车型提供了SMC前围面板、保险杠、踏步、轮罩、扰流角板等。
    上图便是是RANGER GROUP为依维柯IRISBUS采用RTM工艺生产的大面积客车侧护板,具有良好的耐锈蚀、保温、隔声作用。
    戴姆勒-克莱斯勒公司并不是唯一一个朝此方向努力的汽车制造商。通用汽车公司(General Motors)卡车分部和福特汽车公司(Ford)的供应商们也正在用别的模塑技术生产不同类型的塑料零件,即一种承重部件――轻型卡车底盘,这种卡车的样车将在今年下半年出现在展示厅里。这种底盘重量轻,耐冲击,不生锈,这些都是传统钢制卡车车身所不具备的。起码来说,这些塑料顶盖和卡车底盘代表了用所谓结构复合材料的轻型材料制造成本适中的零件的新潮流。诸如仪表板之类的塑料零件和塑料内部装饰在轿车和卡车上的应用已有时日。道奇蝰蛇(Dodge Viper)和通用公司的土星(Saturn)轿车也已用上了塑料外壳。但是,此类汽车(包括其他品牌)仍然要依赖塑料外壳底下的那层金属“空间框架”来维持其强度。由合成树脂构成、用玻璃纤维或其他纤维增加强度的各种结构复合材料远非只起装饰作用。它们有足够的强度承受汽车上路后――甚至包括发生事故时的部分主要负荷。
    两年来,通用公司对48辆安装了复合材料样板底盘的卡车进行了耐久性试验,试验地点是一些条件恶劣的地方,如硫矿和沥青砂岩地面。这种底盘是用添加了催化剂后凝固的“热固”塑料制成的,通用公司的实验人员用沉重的尖头钢对它进行百般蹂躏,但毫毛未损。这种已投入生产的地盘要比钢制底盘轻50磅,其中有15磅的重量是从后挡板上减下来的,这样一来,抬起和放下后挡板显然要省力多了。
    印第安纳州亨廷顿的坎布里奇工业公司(Cambridge Industries)将用一种短玻璃纤维和聚氨酯塑料各占一半的混合材料生产底盘的内层配件,这是一种6.5英尺长的整体部件。该公司将使用一种名叫结构反应注塑法的工艺,它是由俄亥俄州阿什塔比拉的玻璃纤维塑模公司(Molded Fiber Glass Co.)先开发出来的。该工艺的步是,由机器人用粉碎枪把玻璃纤维喷到一个做成卡车底盘形状的金属筛上,然后用高速穿过的空气把经过粉碎的玻璃纤维吸附在筛子上,形成一层膜垫。粉碎枪里装的是由欧文斯-科宁公司(Owens Corning)生产的玻璃纤维卷,里面交织着捆扎剂,即一种纤细的塑料丝,它在加热炉里加热到400华氏度达四分钟后熔化,把玻璃纤维粘结到一起。
    这一步骤的产品是一种海绵状“预塑件”,硬度足以将其从金属筛上剥离下来,送到注射压缩成型机上。在两片模具完全合到一起之前,还要稍稍加压注入由拜耳公司(Bayer)提供的液状聚氨酯树脂和一种催化剂。等模具完全扣合后,这种加了催化剂的树脂就会充斥到预塑件纤维之间的所有空隙中,并且在短短九秒钟后开始凝结。在室温下经过四分半钟的化学固化处理之后,就可以把零件从模具中取出来,打磨边缘,后再刷上一层黑色抗磨漆。
    随后坎布里奇工业公司把这种复合材料底盘内芯和钢制外加固层用胶水和泡沫块固定到一起,送到通用公司设在韦恩堡附近的卡车装配厂。在通用公司的装配线上,工人们给底盘套上弹性外壳,这种外壳使用的是一种抗冲击的复合材料,是由密歇根州特洛伊的巴德公司(Budd Co.)用另外一种名叫反应注塑法的工艺生产的。
    复合材料未来在皮卡中的应用
    Meridian Automotive Systems公司复合材料产品部总工程师Tyler Hardy表示,燃油经济性显然是成为一个推动新车全面的发展的因素,而且复合材料在卡车车身减重的过程中也将扮演重要角色。