您的当前位置:首页正文

汽车轮罩护板选材方案探讨

2024-10-18 来源:威能网
舍肥学统学赧(自然科学版) 2012年2月第22卷第1期 Journal of Hefei University(Naturla Sciences) Feb.2012 Vo1.22 No.1 汽车轮罩护板选材方案探讨 贺丽丽,张娜,史荣波,程海勇 241009) (奇瑞汽车股份有限公司汽车工程中心,安徽芜湖摘要:简要介绍了四种常用的轮罩护板材料,并从零件重量、吸音降噪效果、使用寿命、精度、成本及模具费用 等方面对四种轮罩护板进行了综合比较,同时结合车型档次、目标市场和产量等给出了性价比最佳的五种选材 方案.即:对于低档车,产量小或者目标市场为低温市场者用HDPE材料,产量大或者目标市场为非低温市场者 用PP+EPDM材料;对于中档车,产量小或者目标市场为低温市场者,前轮用HDPE材料,后轮用PP+PET材 料,产量大或者目标市场为非低温市场者,前轮用PP+EPDM材料,后轮用PP+PET材料;高档车则用PP+PET 材料. 关键词:PP+EPDM;HDPE;PET+PET;PP+PET;轮罩护板 中图分类号:U463.85 文献标识码:A 文章编号i1673—162X(20l2)Ol一0062—04 Discussion of Methods to Select Material for HE Li—li,ZHANG Na,SHE Rong—bo,CHENG Hai-yong e1.house (Vehicle Engineering Center,Chery Automobile Co.Ltd.,Wuhu,Anhui 241009,China) Abstract:Four materials of wheel—house which are in common use are introduced in brief. Comprehensive comparison for the four different materials are made regarding part weight,noise damping,service life time,dimension tolerance and tooling cost.Five solutions are recommended based on car category,target market and volume of the mode1.For low class economical car,HDPE material iS suggested for low volume model or low temperature service environment.PP+EPDM material iS recommended for high volume model or non lOW temperature service environment.For middle class car.HDPE material for front wheel and PP+PET material for rear wheel are recommended for low volume model or low temperature environment.PP+EPDM material for front wheel and PP+PET material for rear wheel for high volume model or non 1OW temperature service environment are recommended.For luxury car.PP+PET material is recommended. Key words:PP+EPDM;HDPE;PET+PET;PP+PET;Wheel-house 轮罩护板属于外饰件,位于车轮上方,它不仅具有遮挡泥水和降低噪音的作用,而且还具有一定的装 饰效果,轮罩护板因经常受到车轮溅起的泥沙和石子的击打,故需要材料具有良好的冲击韧性;又由于汽 车寿命一般在10年左右,故需要材料具有良好的耐候性;此外,轮罩护板属于可见区域,材料要具有良好 的耐光照色牢度.随着汽车工业的发展,汽车行业之间的竞争日益激烈,如何选择性价比高的材料成为汽 车厂家面临的一个新的挑战.目前,对于汽车轮罩护板工艺方面的研究虽有些报道,但是对于如何选择性 价比高的轮罩护板材料却很少有人报道,本文将对目前汽车轮罩护板的常用四种材料作一介绍,并对选材 方案做详细探讨. 收稿日期:2011—12—13 修回日期:2011—12—26 基金项目:国家科技支撑计划“汽车关键轻量化技术开发与整车的集成应用项目”(2011BAG03B04)基金资助. 作者简介:贺丽丽(1981一),女,江苏徐州人,奇瑞汽车股份有限公司汽车工程中心工程师,硕士;研究方向:汽车非金属材 料应用及开发. 第1期 贺丽丽,等:汽车轮罩护板选材方案探讨 63 1轮罩护板用材 目前汽车轮罩护板的常用材料有四种:三元乙丙橡胶增韧聚丙烯(PP+EPDM)材料、高密度聚乙烯 (HDPE)材料、聚酯纤维复合材料(PET+PET)和丙纶纤维与聚酯纤维复合材料(PP+PET).目前,市场上 以PP+EPDM轮罩护板居多;日系车习惯采用HDPE轮罩护板;欧系车则习惯采用PP+PET轮罩护板.以 下将分别介绍这四种材料的轮罩护板. 1.1 PP+EPDM轮罩护板PP+EPDM轮罩护板是采用PP+EPDM材料注塑而成.PP+EPDM材料是 在PP材料中加入橡胶体(不一定是EPDM)和抗氧剂、稳定剂等助剂,通过双螺杆挤出机提供的剪切力共 混,而生产出的一种以PP材料作为连续相、橡胶体作为分散相的复合材料. PP材料是目前世界上应用广泛的五大通用塑料之一,具有良好的综合性能,但PP存在冲击强度较低 的缺点 j,橡胶体的加入可以改善PP材料的冲击强度.三元乙丙橡胶(EPDM)与PP结构类似,相容性 好 J,是最常用的PP增韧剂之一,但目前已有被聚烯烃(POE)弹性体所代替的趋势.POE不仅具有高弹 性、高强度、较高的断裂伸长率和良好的低温韧性,而且具有较好的耐热老化性和抗紫外线性能.作为一种 新型增韧剂,无论是对均聚PP还是对共聚PP,其增韧性效果都比EPDM好.POE对PP增韧,主要依靠弹 性体诱发大量银纹与剪切带耗散冲击性._2 和传统改性剂相比,较低含量POE即可使PP由脆变韧,同时 可减少强度和模量损失. PP中侧甲基的存在,使分子链上交替出现叔碳原子,而叔碳原子极易发生氧化 反应,导致PP的耐氧化性和耐辐射性差 j,助剂的加入可以改善PP的耐氧化性和耐辐射性,保证PP十 EPDM材料的使用寿命和耐光照色牢度. 1.2 I-IDPE轮罩护板HDPE轮罩护板是采用HDPE板材吸塑而成.HDPE板材是以HDPE材料作为主 体原料,以增韧剂、抗氧剂和紫外线吸收剂作为辅助原料(辅助原料的加入有利于改善HDPE轮罩护板的 冲击韧性、低温性能和耐候性等)挤出而成.HDPE材料化学稳定性好,在室温下几乎不溶于任何有机溶 剂,耐多种酸、碱及各种盐类溶液的腐蚀.吸水性和水蒸汽渗透性很低.它耐磨性和冲击强度很好,特别是 在冲击强度方面比很多塑料(包括很多工程塑料在内)优越. 1.3 PET 4-PET轮罩护板PET+PET轮罩护板是由标准PET纤维(熔点159.2℃)与基体纤维PET(熔 点100℃)针刺成毯状,然后放人烘箱软化,最后模压冷却成型.PET俗称涤纶纤维又称聚酯纤维.它具有 以下特性:手感比较光滑,仿毛感强,色泽牢固鲜艳.涤纶纤维强力高,耐冲击强度比聚酰胺纤维高4倍,比 粘胶纤维高20倍 ;弹性好,回弹性接近羊毛纤维,当延伸3%时,回弹率100%;耐皱性最优;耐疲劳性良 好;耐热性优良;吸湿性低,回潮率仅为0.4%;耐磨性好,仅次于锦纶纤维;耐候性好,仅次于腈纶纤维.另 外,涤纶纤维有良好的耐化学稳定性,对一般的酸、氧化剂及还原剂都比较稳定;而且涤纶纤维不怕霉、不 怕虫蛀、具有吸音功能,用于轮罩护板可以有效降低由于石子撞击而产生的噪音. 1.4 PP 4-PET轮罩护板PP+PET轮罩护板是由三层材料模压而成,内层是聚丙烯(PP)纤维与聚酯 (PET)纤维混合后铺层针刺得到的面料,中间层是PE粉,外层是针刺的PET面料.其中PP纤维是一种中 空结构,因为其熔点比PET纤维低,所以在加热成型的过程中PP纤维熔化后冷却起到定型的作用;中间 的PE粉则加热熔化再成型后起隔断噪音和保证结构的功能;外层PET材料成型后是绒状(并非簇绒)外 观,具有吸收轮胎和地面摩擦引起的噪声的作用.所以PP+PET轮罩护板不仅具有PET+PET轮罩护板 的吸音功能,而且还具有PP+EPDM轮罩护板隔音功能.同时,由于PP纤维本身具有易于加工,密度小 (为棉的80%,涤纶的65%),化学性质稳定,抗霉抗菌,吸水率低,原材料来源丰富及价格便宜等优点 , 所以PP+PET轮罩护板在保持PET纤维的优良性能的同时,采用PP纤维降低了轮罩护板的重量和价格. 2选材方案比较 2.1 PP 4-PET与PP 4-EPDM轮罩护板比较PP+PET轮罩护板与PP+EPDM轮罩护板相比优点如 下:(1)模具费用低,PP+EPDM轮罩护板需100万左右模具费用,小地方修改模具费用贵,PP+PET轮罩 护板的模具费用(包括设计、检具、检修和质量监控管理等)75万左右,小地方修改模具价格便宜;(2)使 用寿命长,PP+PET材料耐磨性、耐候性和耐低温性能都很好,一般可以通过30万次打磨,相当于14年的 磨损;(3)装车方便,一般塑料轮罩护板不可以偏弯,装车时甚至需要操作人员钻到轮子下面,而PP+PET 合肥学院学报(自然科学版) 第22卷 材料可以偏弯,装车方便;(4)吸音降噪效果好,PP+EPDM轮罩护板只能起到隔音作用,地面上的砂石打 上去噪音很大,而PP+PET韧性好,砂石打上去声音小,不仅能够隔音,还能够吸音;(5)轻量化,减少行驶 能耗_8j,按照克重为1 200g/m 计算,四个PP+PET轮罩护板重量为3 172.4克,而相同面积大小的四个 PP+EPDM轮罩护板重量则为4400克,减重率高达37.9%;(6)脱模容易,塑料轮罩护板一般整个脱模比 较难,需要注意脱模角度,有时需要分成两部分成型再组装成一个,而PP+PET只需要模压成型,不存在 脱模困难的问题. PP+PET轮罩护板与PP+EPDM轮罩护板相比缺点如下:(1)精度低,因PP+EPDM轮罩护板成型工 艺为模压成型,故精度比注塑成型的PP+EPDM轮罩护板低;(2)成本高,模具成本4套75万元左右,可 以在零部件里面摊销,零部件成本一辆车4个约150元左右;PP+EPDM轮罩护板模具费用是90—100 万,一般量大的车可以10万件分摊,以四个PP+EPDM轮罩护板共4.4千克为例,加上模具费、检具费、捆 包费和运输费后,四个轮罩护板的价格约为94元.综上所述,PP+PET轮罩护板比PP+EPDM轮罩护板 贵56元/辆.见表1所列. 表1 PP+EPDM轮罩护板与PP+PET轮罩护板优缺点比较 项目 PP+EPDM注塑轮罩护板 90~100万 . PP+PET模压轮罩护板 75万 模具费用(每辆车4套) 使用寿命 装车方便程度 两年左右 不方便,装车时甚至需要操作人员钻到轮子下面 仅有隔音效果,噪音大 4400g 可以通过30万次打磨,相当于14年的磨损 方便,不需要钻到轮子下面 不仅隔音还可以吸音,噪音小 3 172.4g 吸音降噪效果 重量(相同面积大小) 脱模难易程度 最终成本 难 容易 150 辆 低 94元/辆 精度 高 2.2 PP+PET与PET+PET轮罩护板比较PP+PET轮罩护板与PET+PET轮罩护板相比,优点如 下:(1)隔音效果好,PP+PET不仅有吸音功能,还有隔音功能,而PET+PET只有吸音功能,没有隔音功 能;(2)隔湿效果好,PP+PET有三层,中间PE层可以隔湿,而PET+PET仅有一层,如果金属轮罩上面孔 洞较多,则泥水可能会渗透到车内,导致车内潮湿;(3)成本低,PP+PET(克重是1 200・s/m )轮罩护板价 格是150 辆.而对于PET+PET轮罩护板,其生产成本原料与各种费用(不含模具)是约40 件,实际 销售以增加25%的管理、销售、利润等费用计算,则在约200元/套,再加上模具分摊费用(100万的模具可 做20万套,均摊5 套),最终成本约为205 套.以上也只是针对的750g/m 的PET+PET轮罩护板价 格,如果为了提高轮罩护板性能增加克重到850g/m 以上的话,相应成本价格则要提高至175~180元/ 套,最终成本在223~230元/套.由表2可以看出:以PP+PET代替PET+PET生产轮罩护板,在性能提高 的基础上每辆车的价格便宜55元以上.据武汉某厂家报价克重为800g/m 时价格为1 10元/辆左右,则最 终价格PP+PET轮罩护板比PET+PET轮罩护板便宜95元/辆.一年以5万辆计算,则在性能提高的基础 上一年可以节约成本475万元. 表2 PET 4-gET轮罩护板与PP 4-PET轮罩护板优缺点比较 表中克重并非代表75os/n12PET+PET轮罩护板与1 2o%/In PP+PET轮罩护板性能相当,只代表采用此克重时的重量及最终成本 如表中所示.克重可以根据主机厂要求的轮罩护板性能做相应增加或减少. 2.3 IIDPE轮罩护板与PP 4-EPDM轮罩护板比较HDPE轮罩护板与PP 4-EPDM轮罩护板相比,优点 如下:(1)模具费用低,HDPE轮罩护板的玻璃钢模具(可以打5万套产品)4万 套,钢模(可以打8万套 产品)6~7万 套,而PP 4-EPDM轮罩护板的模具(可以打10万套产品)费则要9O一100万 套; (2)使用寿命长,HDPE轮罩护板一般可以用10年左右,而PP+EPDM轮罩护板使用寿命只有2年; 第1期 贺丽丽,等:汽车轮罩护板选材方案探讨 65 (3)噪音小,虽然这两种轮罩护板都仅有隔音功能,没有吸音功能,但是HDPE轮罩护板由于材料韧性好, 所以沙石打上去声音小;(4)重量轻,节能,以两个相同大小的轮罩护板,HDPE轮罩护板减重率达25.5%; (5)低温韧性好. HDPE轮罩护板与PP+EPDM轮罩护板相比,缺点如下:(1)材料利用率低,HDPE轮罩护板材料利用 率仅有22%~33%,PP+EPDM轮罩护板的材料利用率则高达90%;(2)材料收缩率不稳定,受环境温度、 加工时间长短、加工温度影响大,容易造成与孔位间存在偏差;(3)工时长,生产一套HDPE轮罩护板需要 4分钟、2人次,而生产一套PP+EPDM轮罩护板仅需要2分钟、1人次;(4)精度差,厚度不均匀,同一套轮 罩护板各个部位0.7~1.7mm不等;(5)模具维修难,HDPE轮罩护板开模一定要等到数据完全冻结,修改 模具大于5mm模具则报废;(6)原材料成本贵,HDPE轮罩护板一般报价在0.04~0.045元/克(模具费用 可协商免收),PP+EPDM轮罩护板则报价在0.03元/克(不含模具费用). 综合比较,量小的车型或目标市场温度低的车型使用HDPE轮罩护板能凸显其优势.事实上对比 HDPE轮罩护板与PP+EPDM轮罩护板成本需要根据零件厂家和车型产量等而定.如果生产轮罩护板的 厂家同时生产HDPE板材,则吸塑HDPE轮罩护板成本比注塑PP+EPDM零件成本偏低或基本相当;因 为轮罩护板生产厂家可以把生产HDPE轮罩护板的边角料即废料按照适当比例增添到新料中生产HDPE 板材,同时产品的性能和尺寸稳定性也能保证.如果零部件厂家外购HDPE板材则零件成本较高.因为如 果生产0.5m 零件,则需要备料1.5m ,浪费1in ,而且轮罩厂家会对废料进行加热、静电处理、除尘、粉碎、 清洗、干燥、造粒和压板后再生产.这样就容易导致以下几个问题:(1)材料性能下降;(2)材料收缩率不稳 定,废品增多;(3)人力成本增加. 3结束语 综上所述,采用PP+EPDM、HDPE、PET+PET、PP+PET四种材料生产的轮罩护板,各有优缺点,选材 要根据车型的档次、产量和目标市场等而定.对于产量小或目标市场为低温市场的低档车,建议选择韧性 好但模具便宜的HDPE轮罩护板;对于产量大或目标市场为非低温市场的低档车,建议选择价格便宜、韧 性稍差的PP+EPDM轮罩护板;虽然此种轮罩护板的模具贵,但是量大分摊后,成品件价格便宜.对于产 量大或目标市场为非低温市场的中档车,建议前轮选用PP+EPDM轮罩护板,后轮选用PP+PET轮罩护 板;因为前轮在发动机舱里,噪音对乘员仓中的乘员影响不大,不需要使用吸音效果好但价格较贵的材料, PP+EPDM虽然韧性稍差,但足可以满足非低温市场要求,且PP+EPDM材料便宜,加之量大可以分摊模 具费用,成品件价格则更便宜.后轮在乘员舱下面,噪音对乘员影响很大,所以需要选用吸音和隔音性能都 好的PP+PET材料,PET+PET材料虽然有吸音功能但是隔音与隔湿性能没有PP+PET好,性价比也没 有PP+PET高,故不建议选用;对于产量小或者目标市场为低温市场的中档车,建议前轮选用HDPE轮罩 护板,后轮选用PP+PET轮罩护板;因为PP+EPDM模具贵,虽材料价格便宜,但量小成品件贵,不适宜采 用.对于高档车,则建议选择质量轻且隔音降噪效果好的PP+PET轮罩护板,特别是对于产量小的高档 车,四个轮罩均选用PP+PET材料的成品件价格比前轮选用PP+EPDM材料后轮选择PP+PET材料价 格更低. 参考文献: [1]周中玉,潘泳康,唐颂超,等.增塑增韧聚丙烯的制备及其性能研究[J].中国塑料,2010,24(11):35-38. [2] 赵红振,齐暑华,周文英,等.聚丙烯增韧最新进展[J].化学推进剂与高分子材料,2007,5(1):28-31. [3]Xu Zhida.Properties of New Type of P01y01efine1astomer and Its Application[J].Industry,2004,24(10):23-27. [4] 黄丽.高分子材料[M].北京:化学工业出版社,2009:4041. [5]傅旭.树脂与塑料[M].北京:化学工业出版社,2005:13—14. [6]李尹熙,王力,韩庆国.汽车非金属材料[M].北京:北京理工大学出版社,1999:462-463, [7] 西鹏,顾晓华,黄象安,等.汽车用纺织品[M].北京:化学工业出版社,2006:95-96 [8]王伟其.新型汽车轮罩行业情景分析及工艺研究[J].工艺材料,2009(10):39-44. [责任编校:李军] 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容