用车天窗遮阳板材料及工艺的应用

2014-06-22朱维珍

汽车工程师 2014年5期

朱维珍

（烟台正海汽车内饰件有限公司）

目前国内汽车市场发展迅速，天窗款车型因其亲近自然，享受蓝天白云的优势，更是受到人们的青睐。2009年以前，国内的天窗遮阳板基本上依赖进口，尤其是GMPU 结构和PHC 结构的遮阳板。

1 乘用车天窗遮阳板

乘用车天窗遮阳板是由面饰层和基板层复合而成[2]，面饰层材料主要采用针织布、无纺布（不织布、非织造布）和PVC（聚氯乙烯）3 类。目前市场上正在规模使用的基板层有4 种工艺，分别为：软PU 结构的湿法工艺、PP 玻纤板结构的干法工艺、GMPU结构的增强型反应注射成型S-RIM工艺以及PHC 结构的PUR-CSM聚氨酯复合材料喷涂工艺。GMPU 结构的遮阳板因其尺寸稳定性不好控制及质量大等特点市场占有率在逐渐萎缩；而PHC 结构的遮阳板因其尺寸稳定性好、质量轻及抗冲击性好而被广泛使用。

2 湿法工艺技术的软PU结构遮阳板

软PU 结构的遮阳板生产工艺与一步湿法顶棚的工艺原理是一样的，但材料构成和单位面积消耗量存在较大差异，主要原因是遮阳板需要较高的刚性和抗冲击性能。以某公司生产的某款车型为例，软PU 天窗遮阳板产品结构为：黑色无纺布（100 g/m2）、胶粘物（70 g/m2）、玻纤毡（300 g/m2）、胶粘物（100 g/m2）、聚氨酯板+胶粘剂（体积质量35 kg/m3）和面料等。

该车型遮阳板所用的原材料及生产工艺流程，如图1 所示。由于软PU 结构的天窗遮阳板抗冲击性能及散发性能稍差，但质量轻和成本低，近几年被广泛使用。

3 干法工艺技术的PP玻纤板基材遮阳板

PP 玻纤板是一种可热压成型的热塑性玻璃纤维增强聚丙烯片材。片材表面可根据实际要求选择不同的表面覆盖物，如：胶膜、阻隔膜、装饰物、硬聚丙烯薄膜、无纺布及增强材料，通常用于顶棚的片材面密度为600～1 100 g/m2，而用于遮阳板的片材面密度通常为1 500～2 000 g/m2。这种结构的遮阳板，在日系车上应用较多，为硬质片材，成型之前要通过烘烤使其软化膨胀，制作遮阳板的过程中，片材的加热、传送、夹紧以及成型是重要的工艺控制点。加热方式通常采用红外线陶瓷或石英加热原理，加热炉需要设计几个可独立控制的区域，以便对片材局部位置的温度进行调整；加热时间可根据加热炉的设计以及使用的片材不同而变化，遮阳板的加热温度一般为190～210 ℃，加热时间一般为70～120 s；夹持传送方式通常是4 边框式或2 边的轨道式；最大开放时间10 s，模具温度20～50 ℃，保压时间20～40 s，成型压力＜200 kPa。

PP 玻纤板结构的遮阳板，吸声隔热性能稍差，但是有膜内翻边、设备工装投资小、一模多腔、产品刚性大、热变形系数小、翻边增强结构可替代传统的加强筋、边角料可回收及散发性能优良等优点。

4 GMPU结构的增强型反应注射成型遮阳板[2]

反应注射成型（RIM）具有生产效率高、能耗低及设备投资小等优点，但因其制品收缩率较高、热膨胀系数较大等缺点，限制了其应用范围。为了克服RIM技术的不足，人们开发了玻璃纤维毡类增强工艺，即结构反应注射成型（S-RIM），显著降低了制件的收缩率和热膨胀系数，提高了制件的尺寸稳定性。

S-RIM工艺制造天窗遮阳板，首先在上模具放置各类设计需要的金属加强筋，下模具铺放多层纤维毡，为确保纤维毡位于遮阳板断面的中间位置，多层纤维毡的中间还需要放置3D 材料，然后浇注聚氨酯混合料。

S-RIM是RIM技术的聚氨酯制品、SMC 复合材料技术遮阳板的升级换代产品。2.5 kg 的SMC 遮阳板，若使用S-RIM技术生产，质量可降低至1.5 kg，相对于RIM，SMC 遮阳板，具有质量轻、尺寸稳定性好等优点，但是遮阳板的面公差通常要求控制在2～3 mm 以内，而S-RIM技术即使借助于增加金属嵌件，也很难持续保证聚氨酯料液在模腔内完全按照预想的设计轨迹流动，来实现模腔各个角落制品品质的均匀性，所以面公差控制困难，国内外逐渐被PUR-CSM聚氨酯复合材料喷涂技术所取代。以某公司正在生产的GMPU 结构的遮阳板为例，展示增强型反应注射成型S-RIM技术的工艺流程，如图2 所示。

5 PHC 结构的聚氨酯复合材料喷涂遮阳板

聚氨酯复合材料喷涂技术（PUR-CSM），是指利用玻璃纤维等纤维材料，对传统工业中的蜂窝纸或铝箔做相应的强度加固，通过喷涂聚氨酯材料并采用模塑技术进行有效的复合，形成强度更高且比传统板材更轻的聚氨酯复合材料。90%以上的车用备胎盖板或天窗遮阳板都可以采用该技术进行生产。2008年末某公司将这一技术首次引进，开拓了PHC 结构遮阳板、备胎盖板产品国产化的新纪元，其产品结构层次为：底部GM-PU 层—蜂窝纸夹心层—顶部GM-PU 层—表面装饰层。

因为蜂窝状纸质材料具有中空结构，密度很低，并且在Z 方向上具有很高的强度，从而造就了这种特殊复合材料很多特殊的功能特点。与普通的聚氨酯浇注制品相比，可节约材料50%左右，质量降低30%左右；与传统的玻璃钢制品相比，质量可以降低60%以上。蜂窝状纸质材料具有很高的空隙率，空隙中的空气导热性很低，所以这种复合材料具有很好的隔热作用，夏天可以阻止热量的进入，冬天可以减少热量的散失，车内可以少开空调，从而降低油耗。与传统的聚氨酯浇注和玻璃钢材料相比，PUR-CSM聚氨酯复合材料，由于其结构和材料的特殊性，具有卓越的隔声效果，轻量、环保和良好的尺寸稳定性，是目前高端天窗遮阳板及备胎盖板最具发展前景的工艺技术，其生产工艺流程，如图3 所示。