复合材料后背门在某纯电动SUV上的应用

杨菲菲，姜海，孙鹏翔

1.中国第一汽车集团股份有限公司 吉林长春 130000

2.一汽-大众汽车有限公司 吉林长春 130000

随着新能源技术的发展，汽车安全性能不断改进，电器元件以及电动驱动系统部件不断增多，使得汽车整备质量不断提高。然而，在能源短缺、环境污染等问题日趋严重的背景下，国家对汽车排放要求愈加严格，车辆的节能减排已成为目前车企的重要完成指标。据汽车工业不完全数据统计，车辆整备质量每减重10%，燃油消耗量将降低6%～8%，CO2的排放将降低5%～6%，因此，汽车轻量化对节能减排具有重要意义[1]。由于复合材料的密度为0.9～1.5g/cm³，远低于目前广泛使用的钢、铝材质的密度，所以在保证产品外观、尺寸及使用性能要求的前提下，使用复合材料的后背门是汽车轻量化的有效途径。

应用现状

复合材料后背门的发展依托于新型材料的诞生。复合材料后背门主要分为三大类：全热固性塑料后背门、热固性塑料内板和热塑性塑料外板、全热塑性全塑后背门[2]。

第一代的复合材料后背门为全热固性塑料，内板和外板为SMC材质。由于SMC材质的密度高，减重效果一般，因此受撞击后容易开裂，材料回收难度大。同时它在土壤中难以分解，易对环境产生污染，第一代的后背门基本已经被淘汰。

第二代的复合材料后背门内板使用SMC材质，外板使用PP改性材料或TPO热塑性材料。由于外板是热塑性材料，使得外形的设计更加自由化，所以方便实现自动化生产，有利于降低生产成本。同时它具有良好的弹性，轻微碰撞可复原，降低了维修成本，目前仍有部分主机厂在使用第二代后背门。

第三代复合材料后背门的内板为长玻纤增强PP（PP+LGF30或PP+LGF40），外板使用PP改性或者TPO等热塑性材料。第三代的后尾门具有第二代的所有优点，且由于内板为增强PP，质量较第二代更轻，加工工序更少，降低了生产成本，是目前主流应用产品。

结构介绍

某纯电动SUV复合材料的后背门总成，其产品结构分为内板、下外板及上扰流板，如图1所示。内板采用内嵌加强板注塑工艺，材质为PP+GF40，内嵌的加强钢板之间采用玻纤带连接，防止后背门受到撞击时发生肢解性破坏，造成人员二次伤害，如图2所示。下外板及上扰流板材质为PP+EPDM-TD30，采用注塑工艺注塑成型。内板、下外板及上扰流板之间用A/B结构胶进行粘合，胶合轨迹如图3蓝色线条所示。

图1 后背门总成

图2 内板

图3 涂胶轨迹

生产过程

后背门内板的生产过程主要是嵌件注塑。把铰链、锁及电动撑杆的金属加强板放到注塑模具中进行注塑，注塑完成后在内板上完成玻纤带、拉铆螺母等附件的装配，之后转入BONGDING区，进行胶合。下外板与上扰流板的生产过程基本相同，采用普通注塑，注塑后用挡胶胶带沿着涂胶轨迹进行遮蔽，然后送入涂装车间进行喷涂。喷涂后去掉挡胶胶带转入BONGDING区，进行胶合，具体流程如图4所示。

在BONGDING区，通过对内板、下外板及上扰流板涂胶区域的清洗，机械手持火焰枪沿着下外板及上扰流板的涂胶轨迹激活处理后，进行机器人涂胶。涂胶后机械手把装有下外板及上扰流板的胎具转移至压合区，在一定的温度、压力下，对内板、外板及上扰流板进行压合，180s后完成后背门分总成的生产，如图5所示。

分总成转入总成装配区后，进行水密检测、铰链安装、线束装配以及玻璃底涂等工作，最终完成后背

图4 预装分配流程

图5 尾门分总成生产流程

门总成的生产，具体如图6所示。

图6 后背门生产流程

解决方案

在Audit外观评审中，后背门总成的下外板左/右两侧存在压力线，其原因为下外板的B面为了布置涂胶胶路，设计了doghouse结构，如图7所示。在注塑料流填充过程中，当经过doghouse时，料流发生改变，当两股熔料相遇后，由于不平衡流动的影响，熔体向阻力小的方向移动，最后两股熔料压力达到平衡，在doghouse尖角处汇合，填充停止后在产品表面形成凸起，形成压力线，如图8所示。

图7 doghouse结构

图8 压力线

为了能够改善外观缺陷，达到评审要求，制定了以下三个措施。

1）调整注塑工艺，在顺序填充时降低了注塑速度，料流经过doghouse时，由保压代替注射，进行填充，如图9所示。

2）结构上在尾灯槽内增加阻流槽，避免尾灯槽区域上、下侧串流，阻流槽壁厚由3mm减为1mm，如图10所示。

3）由于在填充时，doghouse尖角汇合处压力线伴随着困气缺陷，所以加重了压力线，通过在模具上增加排气，开设排气槽，使得困气消除，压力线减轻，如图11所示。

图9 模流分析

图10 阻流槽

图11 困气现象

综上所述，通过采取三项措施，有效地弱化了压力线，达到了评审的标准。

结语

纯电动汽车是目前及未来汽车行业的主要发展方向，轻量化是纯电动汽车发展的必然选择[3]。以复合材料代替钢制背门，是实现汽车轻量化的有效途径。本文中某纯电动SUV复合材料后背门与钢制背门在质量上进行对比，钢制材料约为29.1kg，复合材料约为20.9kg，实际减重8.2kg，减重比达28%，对整车轻量化目标的实现做出了极大贡献。

目前复合材料的后背门在国内处于刚起步阶段，仍存在成本高、开发经验欠缺以及客户对产品性能存在质疑等问题。但是，随着国家节能减排要求日趋严格，复合材料后背门技术不断完善，以及其拥有外形自由、美观等特点，复合材料后背门必将被用户广泛接受。