SMC、BMC和CIC新一代卡車部件材料
由于具有密度低、剛性好、耐高溫、耐腐蝕以及可在線涂裝和重量輕等多種優點,片狀模塑料(SMC)、團狀模塑料(BMC)和連續浸漬模塑料(CIC)等復合材料已成為卡車應用的理想之選。作為此類材料的供應商,曼佐里特(Menzolit)復合材料國際集團的產品已享譽歐美的卡車制造市場。
復合材料可用于卡車的哪些部位?
先,SMC和BMC被廣泛用于車身面板。早期階段,當人們將SMC用作卡車的車身面板時,考慮更多的是其良好的抗腐蝕性。之后,人們使用該材料的主要原因則在于其良好的可塑性。它可被設計成圓形和其他各種不規則形狀,因而能夠滿足更多的應用需求。如今,新一代的卡車制造則更加關注節能(整個生命周期)和降噪問題,這使得SMC和BMC有了更廣泛的用武之地。目前,像雷諾、戴姆勒-克萊斯勒、MAN、DAF、沃爾沃、斯堪尼亞和大眾等知名品牌卡車,它們的駕駛室均由SMC制造而成,例如,前圍板、保險杠、導風板、踏板以及工具箱、尾翼、側面防護(裝置)和側擾流板等部件均使用了該材料。圖1和圖2所示為MAN TGX卡車及其側踏板,此踏板作為半功能性外部零件,與前圍板、保險杠和側面部分共同構成了新一代 MAN TGX卡車的駕駛室。

通常,側踏板的制造頗具挑戰性,這是因為,該部件集設計自由度、硬度和功能性于一體,而SMC則能夠很好地滿足具有不同厚度、不同著色和不同表面結構的踏板部件的應用需求。其典型案例包括梅賽德斯-奔馳凌特的側踏板。當用叉車將滿載貨物的托盤裝入車輛中時,這些踏板完全能夠承載整個托盤的重量。
由于具有良好的耐溫性和耐油性,因此發動機部件是SMC、BMC和CIC等材料的另一重要應用領域。與其他石油基材料相比,此類材料具有更加優異的抗蠕變性、耐溫性和防水性,由它們制成的零部件堅固耐用,防泄漏效果好,因而非常適應引擎室的應用環境。例如,由SMC制作的節氣門耐溫性好、蠕變低且剛性高,即使在高溫環境中,仍可保持良好的尺寸穩定性。此外,由SMC制成的部件還有助于降低發動機的噪音。但至今為止,該類部件仍以鑄鋁為主要材料。
然而,鑒于澳大利亞和瑞士等對汽車噪聲的嚴格限制,特別是大馬力發動機的降噪問題已成為當前制造商們迫切需要解決的棘手難題。與鋼或鋁相比,SMC和BMC極大地改善了部件的降噪性能,可大幅降低發動機的噪聲。因此,目前像油底殼、閥蓋和傳動軸蓋等的制作已開始采用SMC/BMC材料。如果出現了故障而將發動機置于地面上進行維修時,SMC油底殼完全能夠承受整臺發動機的重量。
由SMC制作外部零件可帶來哪些優勢?
如前所述,卡車駕駛室采用SMC部件的一個重要原因是,SMC具有良好的抗腐蝕性和固有的剛性,從而可使部件獲得與鋼制件一樣的表面質量和使用性能。此外,在SMC部件的背面,還可帶有加強肋以及組裝用的凸臺。在模制過程中,可將螺紋襯套類的零件嵌入模內,以使它們與整個部件集成在一起,從而極大地降低了后續的組裝成本。以前圍板為例,當采用SMC材料時,可將前圍板設計成一個整體,其背部帶有肋條和凸臺,以起加固和組裝的作用。此外,在成型過程中,可將格柵作為一個嵌件,使其與前圍板構成一體。
在設備投入和生產效率方面,一般情況下,金屬部件的成形需要配備5~6臺壓機,以及相同數量的機床(包括剪切裝置)。相比之下,模制SMC部件僅需1臺壓機和1臺機床即可。當然,就生產效率而言,板金沖壓的效率相對較高,因此其產量更大。而模制SMC部件時,根據部件類型的不同,1臺壓機1年的產量多可達60000件。如需更高的產量,則需要增加設備。表中數據反映了SMC前圍板和金屬前圍板的設備投入情況。
圖5對SMC部件、板金件和RTM件的成本做了比較。從圖中曲線可以看出,在年產量低于130000件的情況下,SMC部件的成本低。只有當產量達到130000件時,SMC部件的成本才上升到與板金件相同。但是,在卡車制造領域中,很少能達到如此高的產量。同時,與RTM制件相比,顯然SMC部件在產量和成本上也更具優勢。
SMC的優點不僅在于成本低,其另一個突出的優點是,具有很小的熱膨脹系數,這使得SMC部件在與金屬部件相結合時,彼此間的空隙非常小。因此,輕型商用車(LCV)中的很多金屬部件均可被替換成SMC部件。替換后,部件的功能保持不變,但重量更輕。
展望未來的輕量化結構
近年來,為了降低油耗,同時減少CO2的排放,采用復合材料開發的汽車部件日益增多,同時,以往由復合材料制成的部件,其結構也得到進一步優化,從而更好地實現了減重的目的。目前,由SMC制作的車頂已出現在一些新的車型中,同時,人們還在研究如何使用SMC制作車門,以進一步降低重量。而一些小型客車、旅行車、越野車(SUV)和輕型商用車(LCV)等,已使用了SMC的后車門。
盡管如此,目前已得到廣泛應用的SMC和BMC部件仍存在很大的減重潛力。通過降低材料的密度,即可實現減重目標。作為一種新型復合材料,
今后,隨著歐洲對汽車CO2排放量要求的進一步提高,發動機的研究焦點將更多地集中在減重方面,這意味著將有更多的發動機金屬部件要被塑料部件所取代,特別是SMC、BMC和CIC等復合材料部件。
SMC與金屬前圍板的設備投入對比
生態效率與可回收性同樣是汽車制造業關注的焦點。相關的研究表明,SMC是極具生態效率的材料。在此項研究中,分別以鋼、鋁和SMC等3種材料的行李箱蓋為研究對象,研究涉及材料制備、模制、部分重制、噴漆、組裝以及耗油性、用棄后的廢物處理等多個方面。為確保結論的準確性,還特別邀請了做此類研究的機構BASF,來對相關數據進行評估和確定。
為了貫徹廢棄車輛指令(ELV),FRP行業還由包括曼佐里特在內的主要供應商共同創建了一個名為“歐洲復合材料回收”的服務公司。該公司的理念是充分利用車輛廢棄部件,并根據歐盟法規要求,制定直接和間接回收的方案。










































