轻质GMT板材在商用车内饰顶棚开发中的应用及与麻纤维板制品的对比

孙锐，袁学虎，周天平，杨丹，陶骏

（1.湖北双鸥汽车饰件公司，湖北十堰442000；2.东风商用车技术中心工艺所，湖北十堰442001）

轻质GMT板材在商用车内饰顶棚开发中的应用及与麻纤维板制品的对比

孙锐1，袁学虎1，周天平1，杨丹2，陶骏2

（1.湖北双鸥汽车饰件公司，湖北十堰442000；2.东风商用车技术中心工艺所，湖北十堰442001）

商用车内饰顶棚是驾驶室内部重要的NVH部件。介绍在轻质GMT板材表面覆合无纺布制造汽车顶棚的工艺；分析了商用车GMT顶棚与普通麻纤板顶棚在机械性能、隔音、隔热等性能方面的差别；探讨了GMT材料制造商用车顶棚的一般成型工艺，及它作为一种新型的汽车轻量化材料在汽车内饰件方面的发展前景。

轻质GMT；麻纤板；隔热；隔音；轻量化

0 引言

GMT板材（Glass Mat Reinforced Thermoplastics）是一种以热塑性树脂 （尼龙、聚酯等）为基体，以长玻纤或连续玻纤毡为增强材料的热塑性复合材料，密度为1.0～1.25g／cm3。而轻质GMT板材是以 （长）玻纤增强PP树脂制成的热塑性复合片材简称，是一种新型GMT材料。轻质GMT板材比传统的GMT材料密度要低，轻质GMT板材密度为0.80～0.15g／cm3。同时该材料还保留传统GMT材料比强度高、吸 （隔）音性能好、导热系数低、尺寸变化率小以及可回收再利用等特点，可以广泛用于汽车内饰件对密度、隔热和吸音性能有要求的领域，如：汽车内饰顶棚 、门隔板、噪声屏避罩、行李架等部件。国外当前GMT板材生产工艺有3种：熔融浸渍工艺又称为干法工艺；介质悬浮工艺又称湿法 （或抄纸法）；流态化床工艺。但国外工艺也存在不足：设备昂贵、加工粉状聚丙烯费用贵。目前国内轻质GMT板材成型工艺是采用PP纤维与玻纤多次混合和二次低压加固工艺，具有不使用粉状PP降低材料成本、低压加固减少长玻纤断裂风险等特点。

目前国内大部分商用车汽车厂的汽车内饰顶棚还在采用麻纤板，国内一款轻型商用车需要采用新材料新工艺对车型进行升级换代，以达到轻量化、环保、节能、舒适，决定将轻质GMT板材用于该车的内饰顶棚进行替代过去的麻纤板顶棚。

轻质GMT板材：1400g／m2，1200g／m2，厚度4mm，苏州银羊公司生产；麻纤板：1400g／m2，1200g／m2，厚度4mm，铜陵华源生产；无纺布：200g／m2，市售。

1.2 加工设备

YT32-500，500T四柱液压机，天津锻压机床厂生产；烘箱：热辐射 （空气对流）式加热，自制；水切机：5X＋UP20M，德国产。

1.3 试验设备仪器

电子万能试验机：WDW-10C，上海华龙公司生产；悬臂梁冲击试验机：5.5J，昆仑仪器公司生产；恒温恒湿试验机：CZA-150E，众志检测仪器有限公司生产，双通道隔音分析仪：TYPE2133，丹麦B＆K。

1 试验部分

1.1 原材料

1.4 样件制作

由于GMT材料与麻纤板材料的成型工艺相同，采用与麻纤板一样的加工设备和模具，工艺方法：冷模热料法，预热烘箱温度设定220～230℃，待温度达到设定值后15min，将板材平放在可以滑动的托架上，推入烘箱内预热，同时设定加热时间90s，再将无纺布四周固定在顶棚成型模具上模待用，加热时间到后将托架从烘箱拉出，观察板材厚度变化，轻质GMT板材在PP加热融化后纤维伸展，使板材膨胀1倍左右，同时用手触碰板材表面，有发黏感觉，则板材预热到位，将板材铺放在模腔内，合模成型，产品脱模后采用水切去除边角余料等。同时调整烘箱加热温度，按相同工艺制作麻纤板样件。

1.5 性能测试

层间剥离强度按GB8808，试验速度：（200±50）mm／min；拉伸强度、断裂伸长率按GB／T 1040，试验速度：（50±5）mm／min；试样：100mm×100mm×（板材厚度），弯曲强度弯曲模量按GB／T 9341-2000，试验速度：2mm／min；试样：80mm（长）×15mm（宽）×（板材厚度），悬臂梁无缺口冲击强度：按GB／T 1843，试样：80mm（长）×10mm（宽）×（板材厚度），热变形温度按GB／T 1634；试样：80mm（长）×15mm（宽）×（板材厚度），耐湿性按70℃，95%RH× 72h潮湿后试验，导热系数按GB／T 3399。

1.6 工艺流程示意图

工艺流程示意图见图1。

2 结果与讨论

2.1 玻纤长度对制品力学性能的影响

图2是来自克劳斯玛菲公司内部资料中关于GMT板材中玻纤长度直径对制品性能的影响，可看出：在玻纤直径10μm时，玻纤长度超过10mm后，制品性能就能达到95%要求的指标。所以实验中板材玻纤长度20mm，板材成型时经过开松、梳理，即使产品模压时玻纤断裂后仍能保证产品中玻纤长度大于15mm，不影响制品性能。

2.2 内饰顶棚成型工艺对制品质量 （密度）的影响

（1）模压成型温度对制品密度影响

采用面密度1210g／m2（体积密度为280kg／m3）的板材成型的制品进行测试，从图3看：GMT制品的成型工艺温度在215℃（预热时间60s）板材已得到充分预热。板材加热温度过高，对板材成型效率没有影响，反而增加能耗，加剧了聚丙烯树脂的热氧降解，降低了GMT制品的使用寿命，因此轻质GMT板材成型温度设定在（215±5）℃为好。

（2）图4是板材加热时间对制品密度影响，以面密度1210g／m2（体积密度为280kg／m3）的板材成型的制品进行测试。从实验数据看：GMT制品的成型工艺模压时间90s后密度减小变化趋于平缓，表示板材中的聚丙烯已完全熔融，玻纤已充分伸展，再延长加热时间，对制品密度变化无影响，却延缓了生产节拍，增加了能源消耗，所以轻质GMT板材的烘箱预热时间在（90±5）s为佳。

2.3 轻质GMT板材顶棚制品与麻纤板制品的力学性能对比

轻质GMT板材顶棚制品与麻纤板制品的力学性能对比见表1。

表1 轻质GMT板材与麻纤板制品性能参数

从表1可以看出：

（1）用相同面密度GMT板材、麻纤板制得的制品对比，GMT板材明显优于麻纤板，用低密度的轻质GMT板材制成的制品各项指标也明显优于密度高的麻纤板，可以明显减重，降低成本，在汽车轻量化要求越来越高的时代是非常可取的；

（2）轻质GMT板材吸水率很低，甚至不吸水，在雨季潮湿时、清洗顶棚上污渍时不因基材吸水而使顶棚变形甚至在行车颠簸中造成顶棚塌陷。特别是商务车，空调管道被顶棚全部封闭，使用空调时由于分管温度低使大气中水分凝结在管壁滴落 （俗称发汗）后使顶棚变软、塌陷、霉变。

（3）麻纤板虽然主要成分是天然纤维，有相当的优势及用途，但是麻纤维也有很多缺点：不耐热，成型温度不能超过230℃，否则麻纤维会降解，性能下降；吸水性大，制品易受潮、滋生霉菌；麻纤维表面处理困难，与连续相PP等塑料相容性差，对塑料增强效果不能完全发挥。

2.4 轻质GMT板材制品与麻纤板制品在NVH性能方面的对比

（1）对轻质GMT板材制品与麻纤板制品分别进行隔音性能测试，结果见表2。

表2 轻质GMT板材与麻纤板制品隔音绝对量

（2）图5是不同的车用顶棚材料在不同频率下吸音系数对比。

从表2、图5可以看出：GMT材料与现有的同类材料相比有较好的隔音降噪性能，这是因为GMT板材内部的特殊结构。即板材在烘箱中预热时，PP熔化使玻纤由卷曲变伸张而引起使板材膨胀2倍以上，在模压时，被瞬间压缩冷却，形成的板材中间是蓬松多孔的，使它在成型后内部存在细小的空隙，成为多孔类材料，具有优异的隔音性能。

（3）图6与图7是GMT板材加热成型前后的内部结构示意图。

2.5 轻质GMT顶棚与麻纤板隔热性能对比

从表3—4中可以看出：GMT材料顶棚隔热性能稍逊于聚氨酯泡沫，但比麻纤板效果明显好。主要还是因为GMT板材有可发性，板材中间层是蓬松有空隙的，比密实的材料隔热效果佳，但内部的空隙率不如聚氨酯泡沫，所以隔热效果逊于聚氨酯泡沫。

表3 轻质GMT板材与麻纤板隔热温度参数

表4 轻质GMT与麻纤板及其他材料的热导系数

2.6 轻质GMT板材的环保特性

轻质GMT板材的材料是热塑性PP＋GF，制品裁剪剩下的边角料去除粘附的无纺布后，进行粉碎造粒，与公司注射生产的其他改性PP材料按比例进行掺混，可以完全回收利用。根据绿色环保可持续发展的要求，欧共体制订了一项政策：到2015年时，汽车所用材料的95%必须是可回收的，其中85%可以再利用，10%以能量形式回收。中国政府规定：在2010年，汽车零件材料回收比例为50%，到2015年达到90%。中国的汽车产量从2011年开始世界第一，汽车零部件及其边角料的可回收性，是各汽车厂不得不面临的问题，那么GMT材料是很好的选择。

由于板材中除PP高分子材料外，不含其他有机化合物，在气味、VOC方面能满足各方要求。

3 结论

（1）轻质GMT板材成型的顶棚在汽车轻量化方面是当前GMT材料在汽车饰件应用典型，在蓬勃发展的汽车工业中具有综合的经济、环境、社会效益。在制品质量减轻10%以上情况下，GMT顶棚力学性能比麻纤板顶棚高出近一倍；

（2）GMT顶棚在气味性、雾翳性能方面优于原麻纤板顶棚；

（3）GMT材料由于长玻纤的加入使板材成型后中间层疏松多孔，从而使GMT顶棚在隔音降噪、隔热性能方面优于原麻纤板顶棚；

（4）GMT材料可以直接在原麻纤板的成型工装上进行制造，且边角料可以回收再使用，麻纤板的边角料不具有回收的价值，成本更优于麻纤板顶棚；麻纤板的吸水率大，利用水切后还需要对产品进行烘干处理，而GMT材料的顶棚水切后可以直接包装入库，节约成本。

【1】陶骏，杨丹，马华跃，等.浅析轻质GMT板材在汽车内饰板上的应用［J］.汽车工艺与材料，2009（9）：65－67.

Applications of Low Density Glass Mat Thermoplastics in Ceiling Development of Commercial Vehicle and Compare with Bast-fibre Panel

SUN Rui1，YUAN Xuehu1，ZHOU Tianpin1，YANG Dan2，TAO Jun2
（1.Hubei Shuangou Automotive Trim Co.，Ltd.，Shiyan Hubei442000，China；2.Dongfeng Commercial Vehicle Technical Center，Shiyan Hubei442001，China）

Ceiling is an important NVH part of commercial vehicle.The technology of ceiling was introduced which wasmade of light GMT.The differences between GMT ceiling and bast-fibre ceiling were analyzed from mechanical performance，sound insulation property and heat-insulating property etc.The developing trend of lightmaterial GMT in vehicle interior decoration was discussed.

Light GMT；Bast-fibre panel；Heat-insulating；Sound insulation；Lightweighting

2014－02－18

孙锐（1971—），本科学历，助理工程师，从事汽车内外饰件研发及加工。E-mail：xia8872695＠163.com。