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前沿科技
超级跑车——塑料和复合材料的集成化应用
/文 2014/04/02

在由美国塑料工程师学会(简称SPE)汽车部门举办的第42届年度汽车创新奖大赛中,克莱斯勒集团公司凭借旗下“街道与竞赛技术(简称SRT)”品牌的2013款SRT Viper超级跑车,荣获了大赛的“汽车工程团体奖”(简称VETA奖),这是该公司连续第二年获此殊荣。
VETA奖是对包括汽车设计师和工程师、各级集成商、材料供应商、模具制造商以及其他从事研究、设计、工程开发和制造人员在内的整个团队技术成就的肯定,他们共同实现了聚合物材料在一辆令人瞩目的汽车上的集成化应用。这是SPE汽车部门在过去9年中第六次颁发该奖项:保时捷汽车公司凭借2004款Porsche Carrera GT跑车成为一个获得者;福特汽车公司则连续3年获此荣誉,获奖产品分别是2009款Ford Flex CUV、2010款Ford Taurus轿车和2011款Ford Explorer SUV;2011年的获胜产品是2011款Chrysler 200和Dodge Avenger中型轿车,作为汽车更新的一部分,这两款车的内饰在克莱斯勒集团及其内饰供应商佛吉亚公司的共同努力下,开发都仅用了一年多时间。
克莱斯勒集团SRT工程团队高级工程开发经理Mike Shinedling介绍说:“Viper跑车在提高塑料和复合材料创新应用的门槛上拥有悠久的传统,它历来都是‘赤裸/无装饰’的运动跑车,这为我们大多数的忠实核心用户所接受,但并不是所有潜在的购买者都欣赏它。而事实上,Viper的许多忠实用户一直要求获得更多的便利性和愉悦性,并希望在我们下一代的汽车上得到体现。我非常高兴地说,我们的团队迎接了这一挑战。新款的2013 SRT Viper跑车通过提供世界水平的外观特征、内部装饰和外部装饰而成为一款实现了巨大突破的高性能机器,同时其重量也因此而显著降低。塑料和复合材料在创造我们迄今为止最出色的汽车上发挥了重要作用,它们直接降低了大约45kg的汽车质量。”
对于该新款车而言,直接由聚合物材料实现的关键应用包括以下各项。


    复合材料在车身外饰面板

在2013 SRT Viper跑车上,超过50%的汽车蒙皮都使用了复合材料,包括:由环氧树脂基的碳纤维预浸料(包括由Umeco公司/氰特工业公司提供的表面可见编织纹理的织物以及由东丽碳纤维美国公司提供的单向结构层合材料)成型的巨型蛤壳式引擎盖/挡泥板模块和结构车顶,该车顶满足了美国联邦政府的车顶抗压强度要求,以及由Plasan碳纤维复合材料公司采用真空袋/热压罐固化工艺生产的举升门。其中,车顶的内层和外层板采用陶氏汽车部门提供的聚氨酯结构胶进行粘接,引擎盖/挡泥板模块和举升门的内层和外层板则采用亚什兰公司提供的聚氨酯结构胶进行粘接。所有的外饰面板都被喷漆,只有引擎盖和举升门的内层板经受了抛光处理,从而可暴露出碳纤维复合材料的编织纹理。通过取代以前的片状模塑料(简称SMC)和金属,减轻了33kg的质量。与以前Viper超级跑车上的相应部件相比,减重达43%,从而降低了汽车重心,改善了汽车的操作性和转弯性,以及刹车时的稳定性。


    热塑性塑料举升门外板

该注射成型的A级表面PC/ABS(由陶氏汽车部门提供)外层板采用亚什兰的PUR结构胶被粘接到碳纤维复合材料的内层板(由Plasan公司生产)上,为卫星导航天线提供了空间,从而确保了干净整洁的外部表面。这种PC/ABS的外层板由A.P. Plasman公司提供(该公司也提供其他注射成型的热塑性外饰部件),它与其他汽车外饰部件一起进行在线喷涂。此外,Legna公司也提供用于汽车外部的注射成型的热塑性装饰部件。


    复合材料挡风玻璃框架

SMC(采用玻璃纤维和碳纤维增强的热固性聚酯基材料)被用于模压成型汽车的前挡风玻璃框架/外围部件。这种混杂的复合材料要比用于典型汽车上的挡风玻璃框架轻2.3kg,同时还提供了更高的刚性,以前的10个部件也被整合为2个模制件,并为车顶的抗压保护提供了支持。Quantum复合材料公司混配了该材料并成型了挡风玻璃外围件/框架,以及门外围件和前防溅板(也采用SMC)。


    热塑性保险杠横梁

NetShape国际公司通过注射成型未增强的PC/PBT热塑性塑料合金(由SABIC公司提供),生产出了前、后保险杠横梁。该复杂设计整合了多重功能,其组成包括横梁本身、吸能块(简称“EAs”)、嵌入成型的支架和刹车管。前、后保险杠面板则由Romeo RIM公司提供,该公司还生产后1/4面板等,所有这些均采用拜耳材料科技提供的聚氨酯材料,利用增强反应注射成型工艺生产而出。


    复合材料行李箱板/后卡扣

麦格纳国际公司采用亚什兰的传统低密度玻璃纤维增强聚酯基SMC,模压成型了汽车的行李箱板/后卡扣,该部件为汽车的整个后部提供了空间结构,同时还降低了重量和模具成本,并在同样的容纳空间中增加了储存量。在此应用中,聚合物材料发挥了部件整合的强大优势,它使得部件数量由以前金属设计的15个减少为该新模块的2个,它包括一个电池座、水管理系统、车顶附件和几个支架。


    复合材料座椅结构

Novation公司采用树脂传递模塑成型(简称“RTM”)工艺,来成型用玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维增强的乙烯基酯树脂(由NOVIA公司提供),从而取代了传统的钢座椅结构。该部件即使加上调节高度的功能件,也使重量降低了1.4kg。该新型座椅结构还改善了舒适性并增加了内部空间。这一经过喷涂的A级表面结构件由一级供应商Sabelt公司负责集成,该公司的名字在座椅背面清晰可见,从而为汽车内饰增添了高科技的外观体验。


    富含塑料的仪表组

塑料材料是使Magnetti Marelli公司提供的用于仪表组上创新薄膜晶体管(简称LFT)覆盖物/嵌槽发挥作用的关键因素。这种三维多层的高科技显示屏覆盖物将一个数字式转速计和5个仪表窗口与订制化的数字显示器组合在一起,从而淘汰了标准的“平面显示”方式,提高了易读性并增加了尺寸和阅读兴趣,同时展现出了一种以高性能为导向的集成化的外观式样。


    复合材料进气歧管

这种注射成型的两片式进气歧管首次被用于Viper跑车,它采用了巴斯夫的热稳定性玻璃纤维增强聚酰胺(PA6)树脂,由Sogefi注塑成型,减轻了5.9kg的质量,并改善了热效率,降低了成本。同时,因塑料的内表面比其取代的铸铝更光滑且能保持更冷状态而提高了动力性能,确保了更大的空气密度并改善了空气的流动性。


    复合材料X支撑杆

一种可选配的抛光型并可暴露编织纹理的碳纤维复合材料发动机舱X型支撑杆,比标准的挤压铝X支撑杆减轻了4kg的质量,并提供了同等的刚性和更美的外观。该部件由Plasan公司采用Umeco公司提供的环氧/碳纤维织物预浸料和东丽公司提供的无定向结构预浸料成型而出。


    可暴露编织纹理的碳纤复合材料

为最大程度地体现高科技外观的“酷感”效应,车主们不久即可从为内饰、外饰和增强航空(动力)性而额外增加的3类装饰产品组合中,为他们的新型超级跑车订购附加的涂有透明涂层/紫外稳定性好且可暴露编织纹理的碳纤维复合材料装饰部件。这些部件不仅可为消费者们带来订制化的选项,以及为克莱斯勒及其经销商们带来额外的收入,而且还有助于进一步降低重量。
在制造SRT Viper超级跑车过程中发挥作用的其他技术还包括:针对碳纤维复合材料而进行的材料开发;得到改进的用于预测刚性和冲击性能的计算机辅助工程(简称CAE)建模技术;汽车漆的开发,使得具有世界级水平的面漆在多种基质材料的多个车身部件上得到了应用。此外,几项在车顶结构、引擎盖/挡泥板、座椅骨架以及用于提高空气动力性能的各种部件方面所作的创新设计和材料组合应用正在申请专利。目前,SRT Viper超级跑车已被指定为“2012年世界级高性能车”。


 

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