长玻纤增强PP材料在发动机装饰罩盖上的应用研究

蒋艳云，蓝先，李坚，徐伟

(上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州 545007)

长玻纤增强PP材料在发动机装饰罩盖上的应用研究

蒋艳云，蓝先，李坚，徐伟

(上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州 545007)

长玻纤增强聚丙烯材料(PP-LGF)以其优异的性能，正逐步取代短玻纤增强尼龙材料(PA-GF)成为成型汽车零部件的重要材料之一。对PP-LGF材料取代PA-GF材料在上汽通用五菱某款车的发动机装饰罩盖上的应用进行了研究，根据发动机装饰罩盖的使用要求对材料性能进行了规范，并对比了现用材料与潜在材料的性能，最终选定PP-LGF30试制零件；通过优化模具结构和调整工艺，制造出了尽量满足外观要求和完全满足零部件性能的零件，并在轻量化和降低成本等方面取得了明显的效果，可在耐热要求不超过150 ℃的汽车零部件领域推广使用。

长玻纤增强聚丙烯；发动机装饰罩盖；轻量化；降低成本

0 引言

玻纤增强的复合材料可使原有材料的韧性、刚性和耐久性得到大幅提升，已在汽车零部件上得到了广泛的应用。玻纤增强材料分为短玻纤增强材料和长玻纤增强材料。相比长玻纤增强材料而言，短玻纤增强材料存在易翘曲、低温韧性较差、耐疲劳性一般等缺点[1];长玻纤增强聚丙烯(PP-LGF)因在产品中具有较长的保留长度，具有比强度高、比模量高、抗冲击性强、尺寸稳定和翘曲度低等显著特点[2]。用PP-LGF替代短玻纤增强尼龙(PA-GF)不仅性能得以提升，还可实现轻量化和降本。因此，PP-LGF正逐步取代部分短玻纤增强工程塑料应用于汽车零部件上。

1 发动机装饰罩盖的性能要求

为了合理地选择材料，首先需要分析和了解发动机装饰罩盖的使用要求和使用条件：发动机装饰罩盖位于发动机的正上方，工作环境温度为120 ℃左右，最低温度一般为-40 ℃；发动机装饰罩盖容易接触到燃油等介质，需要进行耐刹车油、发动机冷却液、发动机油、汽油、化学冲洗剂等测试；为了防止发动机装饰罩盖产生共振，除了对零件进行模态分析、要求一阶模态不能小于35 Hz之外，还需要根据主机厂要求输入振动激励曲线，进行发动机Z向耐久扫频实验。

文中通过PP-LGF在发动机装饰罩盖上的应用试验，研究以PP-LGF取代PA-GF 在发动机装饰罩盖上应用的可行性，并从轻量化和成本等方面对两者进行对比、分析，同时积累PP-LGF材料在汽车零部件方面的数据和试验经验，为今后PP-LGF在汽车零部件上的应用提供基础数据。

2 材料的选择

某发动机装饰罩盖现用材料为PA6-GF35，潜在材料有PP-LGF40、PP-LGF30、PP-GF30。现用材料与潜在材料的性能对比见表1。

表1 现用材料与潜在材料的物性对比

从表1可得出以下结论:

(1)PA6-GF35容易吸水，分干态与湿态两种状态，其中湿态下材料的强度、刚性下降，韧性增加，且在湿态下尺寸易变化，导致产品失效。

(2)PP-LGF40比较接近PA6-GF35干态的性能，密度下降12%以上；PP-LGF30的性能比较接近PA6-GF35湿态的力学性能，密度下降20%，但二者的热变形温度均比PA6-GF35的低40 ℃以上。

(3)PP-GF30相比PA6-GF35，拉伸强度、弯曲强度下降比例较大，冲击韧性略好一些。

(4)发动机装饰罩盖的热老化性能要求150 ℃@336 h，对于PP-GF30来说，负荷变形温度@1.8 MPa只有150 ℃，没有安全裕度。

(5)PP-LGF40玻纤含量较高，容易在表面上造成浮纤[3-4]，不满足发动机装饰罩盖作为外观件的性能要求。

综上所述，PP-LGF30相比其他几种材料更适合用于发动机装饰罩盖零件。

3 发动机装饰罩盖的试制及性能验证与评价

3.1 发动机装饰罩盖的试制

(1)PP-LGF30材料

试验使用的PP-LGF30是塞拉尼斯、广州金发、南京聚隆公司的产品，图1为广州金发PP-LGF30粒料实物图。

试验用于发动机装饰罩盖的PP-LGF30的长玻纤含量和商业牌号如表2所示。

图1 PP-LGF30粒料

玻纤含量厂家牌号30%广州金发GFPP-L30HSBK01330%南京聚隆PG68IK-L0130%塞纳尼斯PP-GF30-05CN01/10

(2)注塑设备

选用宁波海天集团股份有限公司生产的HT 1250T注塑设备。根据产品的外观和性能情况[5]，设定的注塑参数见表3和表4。

表3 料筒温度 ℃

表4 注塑工艺的设定

备注：*保压容易造成顶针印，所以没有进行设定。

(3)为了优化PP-LGF30的产品外观，需要对模具和工艺进行如下调整：① 在溶胶的流动末端需要开设排气孔，解决零件的困气问题；②增加模温机，将模具温度控制在80 ℃，可获得一个较好的外观和保证产品质量稳定。

图2 上汽通用五菱某车型PP-LGF30材

在优化后的模具上注塑产品，零件表面有轻微的玻纤外漏，有纹理，外观整洁，满足产品的外观的要求。图2为发动机装饰罩盖的实际照片。

3.2 性能验证与评价

按照上汽通用五菱试验大纲要求，对试制的发动机装饰罩盖进行外观、零件性能和路试搭载试验，测试结果见表5。

PP-LGF30发动机装饰罩盖经环境试验、振动耐久试验后，无异常及缺陷，产品性能可靠。

表5 PP-LGF30发动机装饰罩盖的试验结果

3.3 PP-LGF30发动机装饰罩盖与PA6-GF35发动机装饰罩盖的对比

表6列出了PA6-GF35发动机装饰罩盖与3种PP-LGF30发动机装饰罩盖的对比结果

表6 PP-LGF30发动机装饰罩盖与PA6-GF35发动机装饰罩盖有关对比

注：材料价格为近似值，成本降低比例为估值。

由表6看出：与PA6-GF35材料制造的发动机装饰罩盖相比，PP-LGF30的发动机装饰罩盖质量轻(减重22%以上)，材料成本低(降低23%～36%),且成型过程中所需的能耗低。

4 长玻纤增强PP材料的应用展望

长玻纤增强PP材料应用于发动机装饰罩盖，可实现零件轻量化，成本下降、制造能耗下降。其刚性、韧性和长期耐疲劳性优于短玻纤增强PA，可广泛应用于耐热要求不超过150 ℃的零件上。

【1】RAHMAN N A,HASSAN A,YAHYA R,et al.Micro-structural,Thermal and Mechanical Properties of Injection-molded Glass Fiber/Nanoclay/Polypropylene Composites[J].Journal of Reinforced Plastics and Composites,2012,31(4):269-281.

【2】安峻莹,孟征,苏昱.长玻纤增强聚丙烯复合材料力学性能的研究进展[J].工程塑料应用,2016,44(6):132-136. AN J Y,MENG Z,SU Y.Research Progress of Mechanical Property of Long Glass Fiber Reinforced Polypropylene Composites[J].Engineering Plastics Application,2016,44(6):132-136.

【3】陈生超,杨永良,陈金涛，等.纤维含量对长玻纤增强聚丙烯注塑制品性能影响[J].工程塑料应用,2013,41(12):44-48. CHEN S C,YANG Y L,CHEN J T，et al.Effects of Fiber Content on Properties of Long Glass Fiber Reinforced PP Injection Molded Parts[J].Engineering Plastics Application,2013,41(12):44-48.

【4】吴维新,任璞,李宾,等.玻纤形态对长玻纤增强聚丙烯性能的影响[J].工程塑料应用,2013,41(1):23-26. WU W X，REN P,LI B,et al.Effect of Glass Fiber Morphology on Properties of Long Glass Fiber Reinforced Polypropylene[J].Engineering Plastics Application,2013,41(1):23-26.

【5】卢桂阳,李瑶,许广业.注塑条件对长玻纤增强聚丙烯性能影响研究[J].工程塑料应用,2012,40(7):46-49. LU G Y,LI Y,XU G Y.Study on Influence of Injection Process on Long Glass Fiber Reinforced PP[J].Engineering Plastics Application,2012,40(7):46-49.

Application Research of Long Glass Fiber Reinforced Polypropylene Material in Engine Cover

JIANG Yanyun, LAN Xian, LI Jian, XU Wei

(SAIC GM Wuling Co., Ltd., Liuzhou Guangxi 545007, China)

Long glass fiber reinforced polypropylene materials (PP-LGF) with outstanding property, is gradually replacing short glass fiber reinforced nylon material (PA-GF), becomes one of the important materials applied in automobile parts. The feasibility of PP-LGF material instead of PA-GF applied in an engine cover was researched. According to the requirements of the engine cover, the material performance standard was made, and the performance of the current material was compared with potential materials, then PP-LGF30 was selected to mold the parts. By optimizing mold structure and adjusting molding process, parts which appearance and performance all met requirements were made, and lightweight and cost reduction were achieved. Finally it is concluded that PP-LGF can be used in parts which heat-resistant requirement is less than 150 ℃.

Long glass fiber reinforced polypropylene；Engine cover；Lightweight；Cost reduction

2016-09-23

蒋艳云(1984—)，女，工学硕士，工程师，从事非金属材料的应用、研究及推广工作。E-mail：yanyun.jiang@sgmw.com.cn。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.01.007

U463.99

B

1674-1986(2017)01-030-04