塑料和復合材料的集成化在汽車行業的應用

　　榮獲了SPE 2012 VETA獎的克萊斯勒2013款SRT Viper超級跑車，通過對塑料和復合材料的集成化應用，而在減重、部件整合以及獲得外觀酷感方面實現了重大突破，并因此而被指定為2012年世界級高性能車。

　　在由美國塑料工程師學會（簡稱SPE）汽車部門舉辦的第42屆年度汽車創新獎大賽中，克萊斯勒集團公司憑借旗下的街道與競賽技術（簡稱‘SRT’）品牌下的2013款SRT Viper超級跑車，榮獲了該大獎賽的汽車工程團體獎（簡稱‘VETA獎’），這是該公司連續第二年獲此殊榮。

　　VETA獎是對包括汽車設計師和工程師、各級集成商、材料供應商、模具制造商以及其他從事研究、設計、工程開發和（或）制造人員在內的整個團隊技術成就的肯定，他們共同實現了意義重大的聚合物材料在一輛令人矚目的汽車上的集成化應用。這是SPE汽車部門在過去9年中第六次頒發該獎項：保時捷汽車公司憑借其2004款Porsche Carrera GT跑車而成為該獎項的第一個獲得者；福特汽車公司則連續3年獲此榮譽，其獲獎產品分別是2009款Ford Flex CUV、2010款Ford Taurus轎車和2011款Ford Explorer SUV；2011年的獲勝產品則是2011款Chrysler 200和Dodge Avenger中型轎車，作為汽車更新的一部分，這兩款車的內飾在克萊斯勒集團及其內飾供應商佛吉亞公司的共同努力下，都僅用了一年多的時間被開發出來。

圖1 克萊斯勒集團憑借旗下“街道與競賽技術（簡稱‘SRT’）”品牌下的2013款SRT Viper超級跑車而榮獲了2012 VETA獎

　　克萊斯勒集團SRT工程團隊高級工程開發經理Mike Shinedling介紹說：Viper跑車在提高塑料和復合材料創新應用的門檻上擁有悠久的傳統，它歷來都是‘赤裸/無裝飾’的運動跑車，這為我們大多數的忠實核心用戶所接受，但并不是所有潛在的購買者都欣賞它。而事實上，Viper的許多忠實用戶一直要求獲得更多的便利性和愉悅性，并希望在我們下一代的汽車上得到體現。我非常高興地說，我們的團隊迎接了這一挑戰。新款的2013 SRT Viper跑車通過提供世界水平的外觀特征、內部裝飾和外部裝飾而成為一款實現了巨大突破的高性能機器，同時其重量也因此而顯著降低。塑料和復合材料在創造我們迄今為止最出色的汽車上發揮了重要作用，它們直接降低了大約45kg的汽車質量。

　　對于該新款車而言，直接由聚合物材料實現的關鍵應用包括：

　　1.復合材料在車身外飾面板上的廣泛應用

　　在2013 SRT Viper跑車上，超過50%的汽車蒙皮都使用了復合材料，包括：由環氧樹脂基的碳纖維預浸料 （包括由Umeco公司/氰特工業公司提供的表面可見編織紋理的織物以及由東麗碳纖維美國公司提供的單向結構層合材料） 成型的巨型蛤殼式引擎蓋/擋泥板模塊和結構車頂，該車頂滿足了美國聯邦政府的車頂抗壓強度要求，以及由Plasan碳纖維復合材料公司采用真空袋/熱壓罐固化工藝生產的舉升門。其中，車頂的內層和外層板采用陶氏汽車部門提供的聚氨酯結構膠進行粘接，引擎蓋/擋泥板模塊和舉升門的內層和外層板則采用亞什蘭公司提供的聚氨酯結構膠進行粘接。所有的外飾面板都被噴漆，只有引擎蓋和舉升門的內層板經受了拋光處理，從而可暴露出碳纖維復合材料的編織紋理。通過取代以前的片狀模塑料（簡稱SMC）和金屬，減輕了33kg的質量。與以前Viper超級跑車上的相應部件相比，減重達43%，從而降低了汽車重心，改善了汽車的操作性和轉彎性，以及剎車時的穩定性。

　　圖2 塑料和復合材料在創造這款全新的SRT Viper超級跑車上發揮了重要作用

　　2.熱塑性塑料舉升門外板

　　該注射成型的A級表面PC/ABS（由陶氏汽車部門提供）外層板采用亞什蘭的PUR結構膠被粘接到碳纖維復合材料的內層板（由Plasan公司生產）上，為衛星導航天線提供了空間，從而確保了干凈整潔的外部表面。這種PC/ABS的外層板由A.P. Plasman公司提供（該公司也提供其他注射成型的熱塑性外飾部件），它與其他汽車外飾部件一起進行在線噴涂。此外，Legna公司也提供用于汽車外部的注射成型的熱塑性裝飾部件。

　　3.復合材料擋風玻璃框架

　　SMC（采用玻璃纖維和碳纖維增強的熱固性聚酯基材料）被用于模壓成型汽車的前擋風玻璃框架/外圍部件。這種混雜的復合材料要比用于典型汽車上的擋風玻璃框架輕2.3kg，同時還提供了更高的剛性，以前的10個部件也被整合為2個模制件，并為車頂的抗壓保護提供了支持。Quantum復合材料公司混配了該材料并成型了擋風玻璃外圍件/框架，以及門外圍件和前防濺板（也采用SMC）。

　　4.熱塑性保險杠橫梁

　　NetShape國際公司通過注射成型未增強的PC/PBT熱塑性塑料合金（由SABIC公司提供），生產出了前、后保險杠橫梁。該復雜設計整合了多重功能，其組成包括橫梁本身、吸能塊（簡稱EAs）、嵌入成型的支架和剎車管。前、后保險杠面板則由Romeo RIM公司提供，該公司還生產后1/4面板等，所有這些均采用拜耳材料科技提供的聚氨酯材料，利用增強反應注射成型工藝生產而出。

　　5.復合材料行李箱板/后卡扣

　　麥格納國際公司采用亞什蘭的傳統低密度玻璃纖維增強聚酯基SMC，模壓成型了汽車的行李箱板/后卡扣，該部件為汽車的整個后部提供了空間結構，同時還降低了重量和模具成本，并在同樣的容納空間中增加了儲存量。在此應用中，聚合物材料發揮了部件整合的強大優勢，它使得部件數量由以前金屬設計的15個減少為該新模塊的2個，它包括一個電池座、水管理系統、車頂附件和幾個支架。

　　6.復合材料座椅結構

　　Novation公司采用樹脂傳遞模塑成型（簡稱RTM）工藝，來成型用玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維增強的乙烯基酯樹脂（由NOVIA公司提供），從而取代了傳統的鋼座椅結構。該部件即使加上調節高度的功能件，也使重量降低了1.4kg.該新型座椅結構還改善了舒適性并增加了內部空間。這一經過噴涂的A級表面結構件由一級供應商Sabelt公司負責集成，該公司的名字在座椅背面清晰可見，從而為汽車內飾增添了高科技的外觀體驗。

　　圖3 SRT Viper超級跑車的內部裝飾得到了顯著改進，包括在儀表組上使用了新的薄膜晶體管（LFT）覆蓋物/嵌槽，從而為駕駛員-汽車界面提供了三維、多層次的高科技顯示屏

　　7.富含塑料的儀表組

　　塑料材料是使Magnetti Marelli公司提供的用于儀表組上創新薄膜晶體管（簡稱LFT）覆蓋物/嵌槽發揮作用的關鍵因素。這種三維多層的高科技顯示屏覆蓋物將一個數字式轉速計和5個儀表窗口與訂制化的數字顯示器組合在一起，從而淘汰了標準的平面顯示方式，提高了易讀性并增加了尺寸和閱讀興趣，同時展現出了一種以高性能為導向的集成化的外觀式樣。

　　8.復合材料進氣歧管

　　這種注射成型的兩片式進氣歧管首次被用于Viper跑車，它采用了巴斯夫的熱穩定性玻璃纖維增強聚酰胺（PA6）樹脂，由Sogefi注塑成型，減輕了5.9kg的質量，并改善了熱效率，降低了成本。同時，因塑料的內表面比其取代的鑄鋁更光滑且能保持更冷狀態而提高了動力性能，確保了更大的空氣密度并改善了空氣的流動性。

　　9.復合材料X支撐桿

　　一種可選配的拋光型并可暴露編織紋理的碳纖維復合材料發動機艙X型支撐桿，比標準的擠壓鋁X支撐桿減輕了4kg的質量，并提供了同等的剛性和更美的外觀。該部件由Plasan公司采用Umeco公司提供的環氧/碳纖維織物預浸料和東麗公司提供的無定向結構預浸料成型而出。

　　10.可暴露編織紋理的碳纖維復合材料成為選配裝飾產品組合的關鍵因素

　　為最大程度地體現高科技外觀的酷感效應，車主們不久即可從為內飾、外飾和增強航空（動力）性而額外增加的3類裝飾產品組合中，為他們的新型超級跑車訂購附加的涂有透明涂層/紫外穩定性好且可暴露編織紋理的碳纖維復合材料裝飾部件。這些部件不僅可為消費者們帶來訂制化的選項，以及為克萊斯勒及其經銷商們帶來額外的收入，而且還有助于進一步降低重量。

　　在制造SRT Viper超級跑車過程中發揮作用的其他技術還包括：針對碳纖維復合材料而進行的材料開發；得到改進的用于預測剛性和沖擊性能的計算機輔助工程（簡稱CAE）建模技術；汽車漆的開發，使得具有世界級水平的面漆在多種基質材料的多個車身部件上得到了應用。此外，幾項在車頂結構、引擎蓋/擋泥板、座椅骨架以及用于提高空氣動力性能的各種部件方面所作的創新設計和材料組合應用正在申請ZL。目前，SRT Viper超級跑車已被指定為2012年世界級高性能車。