徐磊 任小云 戴關(guān)林 樓艦航

（浙江吉利新能源商用車研究院有限公司，杭州 311228）

1 前言

發(fā)泡聚丙烯（Expanded Polypropylene,EPP）是一種性能卓越的高結(jié)晶型聚丙烯/CO2氣體復(fù)合材料，是以高熔體強(qiáng)度聚丙烯作為塑脂基體，以CO2氣體為發(fā)泡劑在高溫高壓條件下制得的一種純粹的碳?xì)浠衔颷1]，以其獨(dú)特而優(yōu)越的性能成為目前增長最快的新型環(huán)?？箟壕彌_隔熱材料。EPP制品具有優(yōu)異的抗振吸能性能，形變后恢復(fù)率高，耐熱性好，耐化學(xué)品性能好且質(zhì)輕，可100%回收，屬于綠色環(huán)保材料，可回收再利用?？蓮V泛應(yīng)用于對輕量化、環(huán)保性、吸能性能有要求的領(lǐng)域。因此，EPP自問世以來，便迅速在汽車制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[2]，在商用車上的應(yīng)用也逐漸增加[3]，隨著新能源商用車對輕量化的需求增加，EPP材料在內(nèi)飾頂蓋上的應(yīng)用也逐漸開始被關(guān)注。

頂蓋內(nèi)飾板作為車內(nèi)表面積最大的零件之一，具有獨(dú)特的裝飾效果，并能夠滿足隔熱、吸音、隔音要求，并對人員頭部進(jìn)行保護(hù)[4]。內(nèi)飾板由裝飾層和基材通過熱壓方式復(fù)合成型。常用基材有玻纖氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（Glass Mat reinforced Thermoplastics，GMT）[5]及聚氨酯玻璃纖維增強(qiáng)板（Polyurethane-fiber board，PU玻纖板）[6]2種，基材起支撐作用，也是實(shí)現(xiàn)頂棚形狀和性能的關(guān)鍵層[7]，不同基材復(fù)合的頂蓋內(nèi)飾板性能存在差異，因此頂棚材料的選擇需兼顧多方面因素，對頂棚內(nèi)飾板基材選擇進(jìn)行研究也具有重要意義。

以商用車輕型載貨汽車頂蓋內(nèi)飾板為例，研究EPP材料在頂蓋內(nèi)飾板的應(yīng)用，并對比EPP材料、GMT板材、PU玻纖板在商用車頂蓋內(nèi)飾板上的成型性及性能差異。

2 頂蓋內(nèi)飾板的結(jié)構(gòu)組成及工藝

2.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成及材料

單排窄體輕型載貨汽車頂蓋飾板尺寸為1 800 mm×1 200 mm×220 mm，斷面如圖1所示，產(chǎn)品設(shè)計(jì)厚度約6 mm。

圖1 頂蓋內(nèi)飾板的斷面圖示

面料層為針織布（320 g/m2）。

三種基材選擇如下。

a.方案1：EPP顆粒（60 kg/m3），發(fā)泡倍率為10倍。

b.方案2：GMT板材（1 200 g/m2）。

c.方案3：PU玻纖板（1 200 g/m2）。

2.2 加工設(shè)備

a.烘箱，熱輻射(空氣對流)式加熱；

b.真空罐，翡柯/中央真空系統(tǒng)；

c.液壓機(jī)，合肥海德SHP/HL內(nèi)飾專用液壓機(jī)；

d.水切機(jī)，DUO進(jìn)口三臂雙托架水切割系統(tǒng)。

2.3 試驗(yàn)設(shè)備

a.拉力試驗(yàn)機(jī)UTM4204（20 kN）；

b.高低溫試驗(yàn)箱GW200-300；

c.高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱EH400-70K；

d.B&K阻抗管YS031001；

e.數(shù)顯推拉力計(jì)HF-50；

f.霧化儀Fogging Tester；

g.導(dǎo)熱系數(shù)測定儀HFM436；

h.電子計(jì)數(shù)稱ACS-6kg。

2.4 三種基材的頂蓋內(nèi)飾板制作及工藝說明

用GMT板材和PU玻纖板作為頂蓋內(nèi)飾板的基材，生產(chǎn)工藝為干法工藝（冷模熱料），生產(chǎn)工序包含基材加熱、模壓、切割3個(gè)環(huán)節(jié)[8]?；南仍诤嫦渲屑訜?，加熱爐溫度控制在200～210℃，加熱時(shí)間100～120 s，加熱后基材充分軟化，表面膠膜融化發(fā)粘，再與固定在頂蓋內(nèi)飾板模具上的面料進(jìn)行冷模保壓復(fù)合定型，保壓壓力為10～15 MPa，保壓時(shí)間為40～45 s，脫模后放置在水切胎模上，采用高壓水切割切邊獲得產(chǎn)品，見圖2。

圖2 GMT及PU基材頂內(nèi)飾生產(chǎn)

EPP原料為顆粒狀，作為內(nèi)飾板基材需預(yù)先將EPP粒料制成內(nèi)飾板基材，再與面料復(fù)合。EPP基材頂內(nèi)飾生產(chǎn)工序如下。

a.預(yù)壓。EPP粒料在載壓罐中進(jìn)行充氣預(yù)壓，預(yù)壓壓力0.15 MPa，預(yù)壓時(shí)間10～12 h。

b.發(fā)泡成型。將預(yù)壓好的粒子吸入到EPP模具中，通過蒸汽加熱3～6 min，EPP粒子表面熔接。

c.脫膜及烘干?；某尚秃竺撃?，高溫(70～80℃下)烘烤8 h，低溫（40～50℃）4 h后自然冷卻。

d.噴膠。對EPP基材噴膠與面料貼合面噴膠。

e.復(fù)合定型。將面料固定在頂蓋內(nèi)飾板模具上進(jìn)行加熱，面料表面溫度加熱至80℃后與EPP基材復(fù)合。

f.水刀修邊。對成型后零件進(jìn)行修邊獲得產(chǎn)品（圖3）。

圖3 EPP基材頂內(nèi)飾生產(chǎn)

3 結(jié)果與討論

3.1 不同基材的頂蓋內(nèi)飾板成型周期對比

對比3種基材頂蓋內(nèi)飾板的成型過程，EPP因原料為粒料，成型工藝需增加基材的預(yù)成型，先對粒料加壓膨脹，再蒸汽加熱進(jìn)行發(fā)泡成型內(nèi)飾板基材，具體成型周期對比見表1。

表1 3種基材頂蓋內(nèi)飾板的成型周期對比

根據(jù)對比從表1對比可知，不同基材的成型周期，EPP基材內(nèi)飾板＞PU內(nèi)飾板=GMT內(nèi)飾板。但除去基材成型的時(shí)間，其余加工時(shí)間幾乎等同。

3.2 不同基材的頂蓋內(nèi)飾板質(zhì)量對比

EPP材料因質(zhì)輕，面密度小，在同等厚度的情況下，相應(yīng)的制品質(zhì)量也越輕。對該3種基材內(nèi)飾板進(jìn)行實(shí)物稱重，質(zhì)量對比如表2。

表2 不同基材頂蓋內(nèi)飾材料質(zhì)量對比 kg

從表2數(shù)據(jù)產(chǎn)品稱重對比結(jié)果可知，EPP基材成型頂棚質(zhì)量明顯低于傳統(tǒng)的PU及GMT，減輕質(zhì)量0.76 kg，減重率約32%。

下面將對該3款面密度的頂棚進(jìn)行撓度、吸音性能、隔熱性能、環(huán)保性性能對比。

3.3 不同基材的頂蓋內(nèi)飾板強(qiáng)度的對比

頂蓋內(nèi)飾板是車內(nèi)表面積最大的零件之一，裝配時(shí)通過卡扣固定在車身上。結(jié)合裝配特點(diǎn)，內(nèi)飾板需要一定的剛度，且質(zhì)輕不容易塌陷。飾板的撓曲度可以反映產(chǎn)品的剛度，撓曲度數(shù)值越小，表明飾板的變形小，剛性好，強(qiáng)度高。針對這3種基材成型的頂內(nèi)飾板，分別進(jìn)行了撓曲度測試。測試時(shí)在內(nèi)飾板中心位置，加載19.6 N，測試加載前后高度變化值。

從表3對比可知，EPP基材頂蓋內(nèi)飾板的撓度最大，剛性差于其它兩款頂蓋內(nèi)飾板。由此可知，在滿足頂蓋內(nèi)飾板撓度≤14 mm的要求下，EPP基材內(nèi)飾板質(zhì)量可實(shí)現(xiàn)最輕。

表3 不同基材頂蓋內(nèi)飾板的撓度 mm

3.4 3種基材的頂蓋內(nèi)飾板隔熱保溫性對比

導(dǎo)熱系數(shù)是用來衡量耐熱材料的導(dǎo)熱特性和保溫性能的重要指標(biāo)，對同種結(jié)構(gòu)的材料來說，其厚度增加，保溫性能越好，相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)越小。從3種頂蓋內(nèi)飾板上分別截取300 mm×300 mm尺寸的樣片，按照GB/T 10294—2008測定材料的導(dǎo)熱系數(shù)。測定條件為熱板溫度35℃，冷板溫度23℃。測試數(shù)值如表4所示。

表4 不同基材頂蓋內(nèi)飾板的導(dǎo)熱系數(shù)測定值

從表4中可以看出，EPP基材的內(nèi)飾板導(dǎo)熱系數(shù)小于PU及GMT，相應(yīng)其隔熱（保溫）性能EPP基材內(nèi)飾板最為優(yōu)異。

3.5 不同基材的頂蓋內(nèi)飾板吸音性能分析

吸音系數(shù)是用于衡量材料聲學(xué)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，吸音系數(shù)在某個(gè)頻率下的數(shù)值越大，表面材料在這個(gè)頻率下的吸音效果越好。從3款基材的頂蓋內(nèi)飾板上分別截取直徑80 mm的試樣，采用駐波管法，根據(jù)GB/T 18696.2—2002測試。相同面料層，3種基材內(nèi)飾板樣品從200～6 500 Hz范圍內(nèi)共16個(gè)聲波頻率下的吸音性能。

從圖4可看出，在各個(gè)頻率下，EPP基材的內(nèi)飾板的吸音性能均低于PU和GMT。但3種材料的吸音能力略有區(qū)別，低頻（0～2 000 Hz）段，吸音能力PU基材頂棚＞GMT頂棚＞EPP頂棚。（2 000～6 000）Hz高頻段，吸音能力GMT基材頂棚＞PU頂棚＞EPP頂棚。

圖4 不同材料的吸音曲線

3.6 3種基材的頂蓋內(nèi)飾板環(huán)保性能研究

環(huán)保性是未來汽車的發(fā)展趨勢，內(nèi)飾頂蓋作為內(nèi)飾最大的零件之一，對車內(nèi)氣味影響很大，環(huán)保性考察必不可少。針對這3款不同基材的內(nèi)飾板主要從氣味、霧化2個(gè)方面進(jìn)行分析，研究不同基材的內(nèi)飾板氣味及霧化性能的差異。

3.6.1 3種基材頂蓋內(nèi)飾板氣味對比

氣味是乘員對駕駛室最直觀的感受，按6級制進(jìn)行等級評價(jià)，等級越高則氣味越大。從上述頂蓋內(nèi)飾板上截取（50±5）cm3的試樣，按照VDA270干法（80℃×2 h）和濕法（23℃×24 h）進(jìn)行試樣處理后，將干法樣品靜置冷卻至溫度（60±5）℃左右進(jìn)行氣味評價(jià)，濕法樣品取出后直接評價(jià)。評價(jià)結(jié)果如表5。

表5 傳統(tǒng)基材與EPP材料氣味性 級

根據(jù)表5對比測試結(jié)果可知，EPP基材的頂蓋內(nèi)飾板的氣味值低于其它2種基材的內(nèi)飾板，氣味性優(yōu)于其他2種基材。

3.6.2 3種基材內(nèi)飾板的霧化值

非金屬材料散發(fā)出的有機(jī)物，容易在玻璃表面發(fā)生凝結(jié)，凝結(jié)越多，對視野影響也越大，相應(yīng)的霧化值也越高。按照DIN 75201：2011從頂蓋內(nèi)飾板截取直徑80 mm的樣片，加熱100℃×16 h后，冷卻至21℃進(jìn)行凝結(jié)物質(zhì)質(zhì)量測定。結(jié)果如表6所示。

表6 傳統(tǒng)基材與EPP材料霧化值 mg

對比可看出，EPP材料霧化值低于其它2種基材頂棚，視線受阻影響最低。

4 結(jié)論

EPP材料在頂蓋內(nèi)飾板上的應(yīng)用屬于汽車內(nèi)飾應(yīng)用的創(chuàng)新，在汽車工業(yè)對環(huán)境、能源的嚴(yán)格要求下，對該新材料應(yīng)用的研究將具有重要意義，可為各類車型內(nèi)飾頂棚基材選擇提供更多的參考。通過對減重率、成型周期、吸音性、環(huán)保性、保溫性能對比，結(jié)論如下。

a.EPP頂蓋內(nèi)飾板具有明顯的輕量化優(yōu)勢，減重率可達(dá)32%。

b.從生產(chǎn)工藝及工序的復(fù)雜程度看，EPP基材因原料為顆粒，成型工藝及工序較干法成型頂棚復(fù)雜，復(fù)雜程度EPP頂蓋＞PU頂蓋=GMT頂蓋，且EPP需考慮預(yù)成型模具。

c.EPP材料沒有GMT及PU材料成型后的中間層疏松多孔結(jié)構(gòu)，在隔音降噪方面劣于這2種材料的頂蓋內(nèi)飾板。

d.EPP頂蓋的撓度可滿足產(chǎn)品需求，但差于GMT及PU材料。

e.EPP頂蓋在保溫性能、氣味性、霧化性能方面優(yōu)于GMT材料及PU玻纖板材料的頂棚。