揚州中集通華專用車有限公司 鄔世鋒

廂式車輕型蜂窩板性能研究及應(yīng)用

揚州中集通華專用車有限公司 鄔世鋒

近年來，由于國家實施了燃油附加稅和高速公路計重收費政策，自重大、承載能力小、能耗高的車輛被逐漸淘汰。為適應(yīng)市場需求，國內(nèi)各專用車生產(chǎn)企業(yè)不斷推出各種輕量化的專用車產(chǎn)品。然而，很多輕量化的車輛只是在原重型車基礎(chǔ)上簡單的將材料壁厚減薄。由于過多地追求自重的降低，而忽視了可靠性，結(jié)果大大降低了車輛的使用壽命，質(zhì)量問題頻出，有的車輛使用兩年就報廢，造成了資源浪費。

目前專用車輕量化研究主要有兩個方向：一是功能和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，二是新型輕量化材料的研制和應(yīng)用。采用新型輕量化材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料是專用車技術(shù)升級的重要課題，在各類輕量化材料中，輕型蜂窩板材料具有較高的研究和應(yīng)用價值。

蜂窩板材料的發(fā)展過程

蜂窩是自然界中一種強度高、質(zhì)量輕的特殊結(jié)構(gòu)，天然蜂窩成份是蜜蜂分泌的蜂蠟，它由無數(shù)個大小相同的六邊形孔組成，相鄰的孔公用一堵側(cè)壁，結(jié)構(gòu)非常緊密和規(guī)整，如圖1所示。

由于蜂窩具有非常完美的結(jié)構(gòu)強度，多年來，人類一直致力于蜂窩結(jié)構(gòu)的仿生學(xué)應(yīng)用研究。從上個世紀(jì)50年代開始，蜂窩材料逐漸應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域，其中鋁蜂窩板的發(fā)明給航空業(yè)的發(fā)展帶來了革命。由于鋁蜂窩板制造和加工困難，成本較高，目前主要應(yīng)用于飛機和高速火車等高科技、高附加值產(chǎn)品領(lǐng)域。在專用車領(lǐng)域，主要應(yīng)用于特殊部件和特種高端車輛，在普通專用車上應(yīng)用較少。

隨著制造技術(shù)的發(fā)展，采用化工樹脂原料生產(chǎn)的蜂窩板開始運用于廂式車廂體的制造，目前樹脂蜂窩板材料主要有玻璃鋼蜂窩板和熱塑性蜂窩板，而熱塑性蜂窩板是新近發(fā)展起來的高效新型蜂窩板材料。

樹脂蜂窩板材料介紹

1.樹脂蜂窩板綜合性能

與普通廂式車采用的瓦楞鋼板、玻璃鋼木夾板和鋁合金小波紋板相比，樹脂蜂窩板具有較好的綜合性能：

a.質(zhì)量輕，強度高，尤其是抗彎剛度高，樹脂蜂窩板的抗彎剛度是同等質(zhì)量鋁合金板的5倍以上，或是同等質(zhì)量鋼板的10倍以上。

b.樹脂蜂窩板芯材的中空和薄板結(jié)構(gòu)使其具有低導(dǎo)熱性，可以作為隔熱和保溫構(gòu)件使用。

c.具有高回彈和抗沖擊性能，由于樹脂蜂窩芯密閉空腔的高回彈性能以及面板的高強度，一般輕微碰撞不會造成損壞。

d.具有良好的隔音降噪性能，由于蜂窩板中間的蜂窩芯將板內(nèi)空間分隔成眾多的密閉空腔，阻止了空氣流動，使聲波的傳播受到阻礙。

e.樹脂蜂窩板加工性能好，切割方便。

2.玻璃鋼蜂窩板結(jié)構(gòu)和特點

玻璃鋼蜂窩板由上下玻璃鋼面板和中間樹脂蜂窩芯組成，通過涂膠真空加壓粘接一起，如圖2所示 。

目前常用的玻璃鋼復(fù)合板中間層為多層木夾板，玻璃鋼蜂窩板是一種新的替代材料，它的應(yīng)用一方面可減少木材消耗，保護環(huán)境，另一方面可以有效地降低自重，同規(guī)格的玻璃鋼蜂窩板是常規(guī)玻璃鋼復(fù)合板自重的一半。

玻璃鋼蜂窩板還具有以下優(yōu)點：

a.通過采用不同厚度蜂窩芯，可制作不同厚度蜂窩板，適合不同規(guī)格廂式車需求；

b.板材外表的玻璃鋼膠衣有多種顏色選擇，不需要油漆，且顏色不易脫落褪色；

c.制作工藝簡單，板材長寬尺寸可隨意定制，材料利用率高。

玻璃鋼蜂窩板缺點：板材制作膠體固化時間長，效率低，成本相對較高。

3.熱塑性蜂窩板結(jié)構(gòu)和特點

熱塑型蜂窩板是由外層面板、玻璃纖維、內(nèi)層面板和中間樹脂蜂窩芯通過加熱加壓熱熔而成，如圖3所示，其中面板和蜂窩芯材料都為PP（聚丙烯）材料。熱合后，面板和玻璃纖維相互交織，并與蜂窩芯材融合成一體，連接非常緊密。

熱塑型蜂窩板具有以下優(yōu)點：

a.自重更輕，如厚度25 mm熱塑型蜂窩板每平方米質(zhì)量只有4 kg；

b.防水防潮，材料內(nèi)層蜂窩結(jié)構(gòu)為眾多密閉小倉，即使表面局部破損也不會產(chǎn)生大面積吸水，而常規(guī)復(fù)合板內(nèi)層為泡沫板或木夾板，表面局部破損后，內(nèi)層容易吸水滲透，從而引起板料腐蝕或分層；

c.耐候性強，面板為增強玻璃纖維和PP塑性材料融合體，使用溫度在－40℃~80℃范圍，可以適應(yīng)大多數(shù)氣候條件；

d.食品級，由于PP（聚丙烯）抗化學(xué)侵蝕性強，對油脂、鹽水及常用化學(xué)品具有很高的抗腐蝕性，無異味，可應(yīng)用于運送食品的廂式車；

e. 循環(huán)再利用，熱塑材料報廢后可以破碎造粒循環(huán)再利用，降低對環(huán)境的污染。

4.廂式車廂板材料質(zhì)量對比

廂式車常用廂板材料和樹脂蜂窩板材料單位面積質(zhì)量的對比，見表1。

表1 廂式車廂板材料質(zhì)量對比表

通過上述對比可見，樹脂蜂窩板材料單位面積質(zhì)量較小，特別是熱塑型蜂窩板在輕量化方面優(yōu)勢最為顯著。

5.玻璃鋼蜂窩板和熱塑型蜂窩板性能對比

對于玻璃鋼蜂窩板和熱塑型蜂窩板，雖然兩種蜂窩板內(nèi)層都為樹脂蜂窩芯材，但由于結(jié)構(gòu)和工藝不同，其性能也有較大差別，通過對兩種材料進行對比試驗，獲得試驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 玻璃鋼蜂窩板和熱塑型蜂窩板對比試驗數(shù)據(jù)

由于玻璃鋼蜂窩板和熱塑型蜂窩板厚度系列不同，兩種試樣厚度不同，所以通過上述對比試驗數(shù)據(jù)可見，熱塑型蜂窩板強度、抗沖擊性能以及板層之間結(jié)合緊密度都優(yōu)于玻璃鋼蜂窩板。

熱塑型蜂窩板的應(yīng)用

通過以上分析，熱塑型蜂窩板在廂式車產(chǎn)品輕量化和車輛結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面具有較強的優(yōu)勢，其應(yīng)用前景非常廣闊，下面介紹兩個成功的應(yīng)用實例。

1.翼開啟廂式半掛車

翼開啟廂式半掛車具有容積大、裝卸貨物效率高的優(yōu)勢，特別適合汽車零部件等托盤貨物的運輸，該車的兩側(cè)廂板為活動飛翼，裝卸貨物時，通過液壓油缸舉升飛翼。常用的飛翼廂板結(jié)構(gòu)有兩種：一種為鋼制框架外蒙鋁合金小波紋板，通過實芯鉚釘連接；另一種為鋼制瓦楞板結(jié)構(gòu)。

目前國家新的公告管理規(guī)定已將翼開啟廂式半掛車允許最大車長由13 000 mm增加到14 600 mm。廂體加長后，飛翼長度也相應(yīng)加長，由于飛翼加長和自重的增加，飛翼舉升后撓度急劇加大。為解決飛翼加長后帶來的強度減弱，按一般設(shè)計方案，需要將飛翼分成前后兩段或?qū)︼w翼進行整體結(jié)構(gòu)加強，此兩種方案都會帶來半掛車自重的大幅增加。

利用熱塑型蜂窩板質(zhì)量輕、剛度好的特點，采用整張蜂窩板制作飛翼，能很好地解決這一難題。圖4所示為一款車長14 600 mm翼開啟廂式半掛車的應(yīng)用實例，在滿足飛翼功能的前提下實現(xiàn)了產(chǎn)品輕量化。

2.全封閉廂式車

全封閉廂式車是廂式車中使用量最大的產(chǎn)品，隨著網(wǎng)絡(luò)購物的迅猛發(fā)展，快遞郵件包裹的物流量大幅增加，運輸企業(yè)需要更多容積大、能耗低、性價比高的輕型廂式車參與物流競爭。

圖5所示為一款廂長9 600 mm熱塑型蜂窩板廂式車的應(yīng)用實例，廂體的頂板、前廂板、左右側(cè)板和后門都采用熱塑型蜂窩板制作，該車比同規(guī)格的瓦楞板廂式車減重700~800 kg。

結(jié)語

熱塑性蜂窩板在產(chǎn)品輕量化和結(jié)構(gòu)強度方面具有較強優(yōu)勢，10多年前國外已開始應(yīng)用熱塑性蜂窩板制作廂式車，但由于熱塑性蜂窩板生產(chǎn)工藝復(fù)雜，設(shè)備投資大，使用該材料必須依賴進口，價格非常昂貴，在國內(nèi)專用車上一直沒有應(yīng)用。目前國內(nèi)已有專業(yè)廠家開始生產(chǎn)適合廂式車使用的熱塑性蜂窩板，為該材料的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

通過對熱塑性蜂窩板性能和應(yīng)用的研究，開發(fā)更多采用輕型蜂窩板材料的廂式車產(chǎn)品，可進一步促進專用車技術(shù)的發(fā)展。