淺談國外重型汽車塑料制件
本文介紹了VOLVO、MAN、日野等國外重型汽車上由塑料或復合材料制成的零部件。由于選用了合理的塑料材料以及成熟的加工技術，使得這些塑料制件的使用性能得到明顯提高。
由片狀模塑料(SMC)制作的零部件
片狀模塑料(SMC)是一種干法制造不飽和聚酯玻璃鋼制品的模塑料。20世紀60年代初，這種塑料次在歐洲出現，之后美國和日本相繼發展了這種塑料材料的加工工藝。大約在20世紀60年代末，對SMC的需求量就已初具規模，此后每年以20%～25%的速度增長。SMC的主要優點是：
● 與金屬相比，其電氣性能優越，具有耐腐蝕、耐介質的特性，且價格較低，工程設計靈活。
● 與增強熱塑性塑料相比，該材料具有制品不易變形、機械性能和熱變形溫度較高、耐化學藥品腐蝕等特點。
● 與手糊和噴射玻璃鋼相比，該材料在成型周期、工作環境、制品外觀等方面表現尤佳。
目前，SMC被廣泛應用于運輸車輛、建筑、電子、電器等行業中。為了促進SMC等復合材料在汽車上的應用，國外成立了“汽車復合材料大聯盟(ACA)”。該聯盟擁有25家包括模具、工具制造和原料生產在內的供應商，他們能夠為汽車工業提供復合材料產品。表1即為該聯盟在2000年開發的用在重型汽車上的SMC零部件。目前，VOLVO F12駕駛室的面罩及左右側導風罩均選用SMC作為其材料。
塑料膨脹水箱
膨脹水箱是一個要求較高的功能件，既要適應發動機冷卻系統的高溫要求，又要經受外界氣候的考驗，因此要求其在-40℃～120℃之間性能穩定，同時還應承受箱體內過壓達100kPa、欠壓達4kPa的考驗。
目前在瑞典VOLVO重型卡車、德國MAN客車和日本日野卡車上均裝配有塑料膨脹水箱。其中，VOLVO膨脹水箱由于采用了半透明聚丙烯(PP)制造，使得綠色防凍液水位一目了然。其箱體是由上下兩個帶法蘭的注塑件焊接而成，在箱體內部有一些隔板，從而提高了箱體的整體強度，改善了其應用功能。這種塑料膨脹水箱被安裝于駕駛室下部的固定架上，采用螺釘緊固。
MAN膨脹水箱采用黑色塑料制造，材料為20%玻璃纖維增強PP（VESTOLEN P9503）。該水箱是通過吹塑成型，中間利用加強筋將膨脹水箱分隔成8個水室，從而使水箱的強度得到提高，也有利于散熱。該水箱的平均壁厚為3～4mm，小壁厚為2.5mm。為了節省空間，該膨脹水箱被做成扁平狀，其長、寬、厚分別為94cm、38cm、8cm。
日野膨脹水箱也采用黑色塑料制造，它由兩塊帶法蘭盤的注塑件焊接而成。水箱的液面觀察孔為上下兩個，分別處于允許的高水位和低水位處。觀察孔是利用透明塑料將其與箱體焊接在一起，孔內裝有紅色浮珠，利用球的浮起和落下即可判斷液面高低。該水箱的安裝方式是，先用金屬帶捆綁后再將其安裝于駕駛室后部的固定架上。
與VOLVO、MAN及日野的膨脹水箱相比，國產膨脹水箱存在的主要問題是：制品粗糙，表面不平整，存在不規則的細線。造成這一問題的主要原因是模具表面粗糙；各接口焊接部位有錯位、不平現象，存在脫焊隱患，其原因主要是焊接方法不當；材料質感及透明度與國外零件相比還明顯不足；壁厚均勻性、加液口及蓋的加工精度有待進一步提高。
通常，采用吹塑工藝生產的膨脹水箱一般都需要進行附件的焊接。在有關資料中可以查出其焊接強度要求，例如：當在附件焊接面的垂直方向施加980N的力時不應產生開裂；當在焊接面方向施加9.8N?m的扭矩時也不應產生開裂。
擋泥板
擋泥板也被稱為翼子板，一般被安裝于汽車車輪的上部，其所處的工作環境通常比較惡劣，不僅經常發生碰撞和振動，而且還經常受陽光、冷熱、雨雪、泥沙等自然條件的侵害。正因如此，過去擋泥板所用的材料一般是聚氨酯，這類材料雖然性能優異，但價格高，且為熱固性材料，不能回收利用。目前，VOLVO采用PP-T20＋EPDM材料來生產擋泥板，并在擋泥板的內表面安裝了防石擊墊，這樣既可保護擋泥板，又可降低石擊噪音。類似的應用在日本三菱載重車上也可見到。
PP-T20＋EPDM材料主要由共聚物聚丙烯+約20%滑石粉+三元乙丙橡膠制成。三元乙丙橡膠的添加提高了制品的韌性和耐大氣老化的能力。該材料彈性好，耐老化，成本較低，可以回收，利于環保。該材料制成的簡支梁缺口沖擊強度(23℃)≥8kJ/m2，楊氏模量≥1700MPa，可在100℃條件下長期耐老化。
風扇護罩
風扇護罩位于發動機冷卻風扇周圍，起風向導流和保護作用。VOLVO風扇護罩采用PP生產，該材料制成的簡支梁缺口沖擊強度(23℃)≥4kJ/m2，楊氏模量≥2000MPa，可長期在較高溫度下使用。
空氣濾清器外殼
一般情況下，空氣濾清器的外殼是采用金屬板焊接加工而成，成型工序多，需要磷化、涂漆等防腐處理，還存在焊縫漏灰的隱患。為解決這些問題，VOLVO空氣濾清器的外殼采用黑色PP塑料吹塑成型，其加工工藝簡單，不需噴漆，制品不僅重量較輕，而且永不銹蝕。采用PP吹塑成型的空氣濾清器外殼采用預埋金屬件進行安裝，預埋金屬件與吹塑殼體通過熱焊接連成一體，焊接部位結構獨特，既有面的焊接，又有鉚接。濾芯被置于中間，采用鋼網固定。濾芯放好后，利用螺栓將塑料蓋固定到塑料殼體上，蓋和殼體之間有橡膠圈進行密封。
遮陽罩
目前，國產重型汽車基本都采用室內遮陽板或遮陽簾，其缺點是面積小、遮陽效果不佳，容易造成駕駛員眼睛疲勞。而國外生產的重型汽車，尤其是長途運輸車和集裝箱運輸車，如VOLVO、STEYR、SCANIA、MAN等均采用了外裝遮陽罩。此件被安裝于駕駛室前風擋玻璃上方，長約2100mm，高約300mm，采用有機玻璃（PMMA）塑料板熱壓成型，顏色有墨綠、咖啡、煙色等。其優點是既遮陽，又透光，能徹底濾掉有害紫外線，而且前方視野清晰。加裝了外遮陽罩后，駕駛室內光線柔和，且由于導流作用，使行車風阻減小。
目前國產的遮陽罩在安裝和使用時經常發生碎裂和變形現象，究其原因，主要是材料的耐沖擊性和耐熱性較差，這從對國產件和進口件的檢測數據上也可以得到證實。通常國產件的懸壁梁沖擊強度為10kJ/m2，耐熱變形溫度為90℃，而進口件的懸壁梁沖擊強度為12kJ/m2，耐熱變形溫度為110℃，因此希望有關廠家積極研制出耐沖擊性能好的材料。
前臉格柵及儀表板
塑料合金是具有塑料特性的高分子多組份體系，它包括共聚物（嵌段共聚物如ABS、接枝共聚物如PPO與PS接枝共聚物）和共混物（物理共混物、化學共混物等）。一般情況下，單一聚合物的性能有限，而塑料合金則可改善其不足，因此應用更加廣泛。例如，單一的PS沖擊性能差，易開裂，而添加了丙烯烴和丁二烯的PS，即ABS的沖擊性能被顯著提高。另外，PPO的加工性能較差，與PS接枝共聚后，克服了此缺陷。
對于安裝在駕駛室前部的汽車前臉格柵而言，通常要求其既美觀，又具有耐熱、耐沖擊的性能。為此，VOLVO采用了PC＋PBT GF20材料，利用注塑工藝生產此類零件。該材料的密度為1.2g/m3左右，拉伸強度可達57MPa（與SMC相當），伸長率達80%以上，彎曲強度達65MPa以上，在1.8MPa載荷下其熱變形溫度可達135℃
對于儀表板而言，通常要求其能耐110℃的高溫，這是單一ABS材料難以達到的，因此，MAN采用了ABS＋PC材料來生產儀表板。通過在ABS中添加耐熱和抗沖擊性能優異的PC，既可滿足110℃的高溫要求，又使其抗沖擊性能得以加強。另外，MAN采用PPO＋PA材料生產的左右導風罩的壁厚為3mm，其使用溫度為-40℃～135℃。
隔熱吸音零件
過去在某些重型汽車上安裝的隔熱吸音零件一般都較小，通常是被安裝于機倉局部，所用材料為覆蓋了鋁箔的玻璃棉板、聚氨酯泡沫板等。從原理上講，這些材料雖然可對駕駛室內部起到隔音和隔熱作用，但卻不能降低車外噪音。為了使車外噪音也同時得到降低，就需要在整體發動機上安裝隔音吸音件。目前，在VOLVO車的發動機上部安裝了隔熱降噪零件，該零件由織物纖維和聚酯層等（棉纖維、聚酯纖、阻燃劑、固化劑）組成，表面覆蓋針刺氈，經高溫熱壓成型，其面積可覆蓋整個發動機，具有較好的隔熱降噪效果，尤其可使車外噪音明顯降低。
由片狀模塑料(SMC)制作的零部件
片狀模塑料(SMC)是一種干法制造不飽和聚酯玻璃鋼制品的模塑料。20世紀60年代初，這種塑料次在歐洲出現，之后美國和日本相繼發展了這種塑料材料的加工工藝。大約在20世紀60年代末，對SMC的需求量就已初具規模，此后每年以20%～25%的速度增長。SMC的主要優點是：
● 與金屬相比，其電氣性能優越，具有耐腐蝕、耐介質的特性，且價格較低，工程設計靈活。
● 與增強熱塑性塑料相比，該材料具有制品不易變形、機械性能和熱變形溫度較高、耐化學藥品腐蝕等特點。
● 與手糊和噴射玻璃鋼相比，該材料在成型周期、工作環境、制品外觀等方面表現尤佳。
目前，SMC被廣泛應用于運輸車輛、建筑、電子、電器等行業中。為了促進SMC等復合材料在汽車上的應用，國外成立了“汽車復合材料大聯盟(ACA)”。該聯盟擁有25家包括模具、工具制造和原料生產在內的供應商，他們能夠為汽車工業提供復合材料產品。表1即為該聯盟在2000年開發的用在重型汽車上的SMC零部件。目前，VOLVO F12駕駛室的面罩及左右側導風罩均選用SMC作為其材料。
塑料膨脹水箱
膨脹水箱是一個要求較高的功能件，既要適應發動機冷卻系統的高溫要求，又要經受外界氣候的考驗，因此要求其在-40℃～120℃之間性能穩定，同時還應承受箱體內過壓達100kPa、欠壓達4kPa的考驗。
目前在瑞典VOLVO重型卡車、德國MAN客車和日本日野卡車上均裝配有塑料膨脹水箱。其中，VOLVO膨脹水箱由于采用了半透明聚丙烯(PP)制造，使得綠色防凍液水位一目了然。其箱體是由上下兩個帶法蘭的注塑件焊接而成，在箱體內部有一些隔板，從而提高了箱體的整體強度，改善了其應用功能。這種塑料膨脹水箱被安裝于駕駛室下部的固定架上，采用螺釘緊固。
MAN膨脹水箱采用黑色塑料制造，材料為20%玻璃纖維增強PP（VESTOLEN P9503）。該水箱是通過吹塑成型，中間利用加強筋將膨脹水箱分隔成8個水室，從而使水箱的強度得到提高，也有利于散熱。該水箱的平均壁厚為3～4mm，小壁厚為2.5mm。為了節省空間，該膨脹水箱被做成扁平狀，其長、寬、厚分別為94cm、38cm、8cm。
日野膨脹水箱也采用黑色塑料制造，它由兩塊帶法蘭盤的注塑件焊接而成。水箱的液面觀察孔為上下兩個，分別處于允許的高水位和低水位處。觀察孔是利用透明塑料將其與箱體焊接在一起，孔內裝有紅色浮珠，利用球的浮起和落下即可判斷液面高低。該水箱的安裝方式是，先用金屬帶捆綁后再將其安裝于駕駛室后部的固定架上。
與VOLVO、MAN及日野的膨脹水箱相比，國產膨脹水箱存在的主要問題是：制品粗糙，表面不平整，存在不規則的細線。造成這一問題的主要原因是模具表面粗糙；各接口焊接部位有錯位、不平現象，存在脫焊隱患，其原因主要是焊接方法不當；材料質感及透明度與國外零件相比還明顯不足；壁厚均勻性、加液口及蓋的加工精度有待進一步提高。
通常，采用吹塑工藝生產的膨脹水箱一般都需要進行附件的焊接。在有關資料中可以查出其焊接強度要求，例如：當在附件焊接面的垂直方向施加980N的力時不應產生開裂；當在焊接面方向施加9.8N?m的扭矩時也不應產生開裂。
擋泥板
擋泥板也被稱為翼子板，一般被安裝于汽車車輪的上部，其所處的工作環境通常比較惡劣，不僅經常發生碰撞和振動，而且還經常受陽光、冷熱、雨雪、泥沙等自然條件的侵害。正因如此，過去擋泥板所用的材料一般是聚氨酯，這類材料雖然性能優異，但價格高，且為熱固性材料，不能回收利用。目前，VOLVO采用PP-T20＋EPDM材料來生產擋泥板，并在擋泥板的內表面安裝了防石擊墊，這樣既可保護擋泥板，又可降低石擊噪音。類似的應用在日本三菱載重車上也可見到。
PP-T20＋EPDM材料主要由共聚物聚丙烯+約20%滑石粉+三元乙丙橡膠制成。三元乙丙橡膠的添加提高了制品的韌性和耐大氣老化的能力。該材料彈性好，耐老化，成本較低，可以回收，利于環保。該材料制成的簡支梁缺口沖擊強度(23℃)≥8kJ/m2，楊氏模量≥1700MPa，可在100℃條件下長期耐老化。
風扇護罩
風扇護罩位于發動機冷卻風扇周圍，起風向導流和保護作用。VOLVO風扇護罩采用PP生產，該材料制成的簡支梁缺口沖擊強度(23℃)≥4kJ/m2，楊氏模量≥2000MPa，可長期在較高溫度下使用。
空氣濾清器外殼
一般情況下，空氣濾清器的外殼是采用金屬板焊接加工而成，成型工序多，需要磷化、涂漆等防腐處理，還存在焊縫漏灰的隱患。為解決這些問題，VOLVO空氣濾清器的外殼采用黑色PP塑料吹塑成型，其加工工藝簡單，不需噴漆，制品不僅重量較輕，而且永不銹蝕。采用PP吹塑成型的空氣濾清器外殼采用預埋金屬件進行安裝，預埋金屬件與吹塑殼體通過熱焊接連成一體，焊接部位結構獨特，既有面的焊接，又有鉚接。濾芯被置于中間，采用鋼網固定。濾芯放好后，利用螺栓將塑料蓋固定到塑料殼體上，蓋和殼體之間有橡膠圈進行密封。
遮陽罩
目前，國產重型汽車基本都采用室內遮陽板或遮陽簾，其缺點是面積小、遮陽效果不佳，容易造成駕駛員眼睛疲勞。而國外生產的重型汽車，尤其是長途運輸車和集裝箱運輸車，如VOLVO、STEYR、SCANIA、MAN等均采用了外裝遮陽罩。此件被安裝于駕駛室前風擋玻璃上方，長約2100mm，高約300mm，采用有機玻璃（PMMA）塑料板熱壓成型，顏色有墨綠、咖啡、煙色等。其優點是既遮陽，又透光，能徹底濾掉有害紫外線，而且前方視野清晰。加裝了外遮陽罩后，駕駛室內光線柔和，且由于導流作用，使行車風阻減小。
目前國產的遮陽罩在安裝和使用時經常發生碎裂和變形現象，究其原因，主要是材料的耐沖擊性和耐熱性較差，這從對國產件和進口件的檢測數據上也可以得到證實。通常國產件的懸壁梁沖擊強度為10kJ/m2，耐熱變形溫度為90℃，而進口件的懸壁梁沖擊強度為12kJ/m2，耐熱變形溫度為110℃，因此希望有關廠家積極研制出耐沖擊性能好的材料。
前臉格柵及儀表板
塑料合金是具有塑料特性的高分子多組份體系，它包括共聚物（嵌段共聚物如ABS、接枝共聚物如PPO與PS接枝共聚物）和共混物（物理共混物、化學共混物等）。一般情況下，單一聚合物的性能有限，而塑料合金則可改善其不足，因此應用更加廣泛。例如，單一的PS沖擊性能差，易開裂，而添加了丙烯烴和丁二烯的PS，即ABS的沖擊性能被顯著提高。另外，PPO的加工性能較差，與PS接枝共聚后，克服了此缺陷。
對于安裝在駕駛室前部的汽車前臉格柵而言，通常要求其既美觀，又具有耐熱、耐沖擊的性能。為此，VOLVO采用了PC＋PBT GF20材料，利用注塑工藝生產此類零件。該材料的密度為1.2g/m3左右，拉伸強度可達57MPa（與SMC相當），伸長率達80%以上，彎曲強度達65MPa以上，在1.8MPa載荷下其熱變形溫度可達135℃
對于儀表板而言，通常要求其能耐110℃的高溫，這是單一ABS材料難以達到的，因此，MAN采用了ABS＋PC材料來生產儀表板。通過在ABS中添加耐熱和抗沖擊性能優異的PC，既可滿足110℃的高溫要求，又使其抗沖擊性能得以加強。另外，MAN采用PPO＋PA材料生產的左右導風罩的壁厚為3mm，其使用溫度為-40℃～135℃。
隔熱吸音零件
過去在某些重型汽車上安裝的隔熱吸音零件一般都較小，通常是被安裝于機倉局部，所用材料為覆蓋了鋁箔的玻璃棉板、聚氨酯泡沫板等。從原理上講，這些材料雖然可對駕駛室內部起到隔音和隔熱作用，但卻不能降低車外噪音。為了使車外噪音也同時得到降低，就需要在整體發動機上安裝隔音吸音件。目前，在VOLVO車的發動機上部安裝了隔熱降噪零件，該零件由織物纖維和聚酯層等（棉纖維、聚酯纖、阻燃劑、固化劑）組成，表面覆蓋針刺氈，經高溫熱壓成型，其面積可覆蓋整個發動機，具有較好的隔熱降噪效果，尤其可使車外噪音明顯降低。
