蔣艷云，藍先，李堅，徐偉

(上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州 545007)

長玻纖增強PP材料在發(fā)動機裝飾罩蓋上的應(yīng)用研究

蔣艷云，藍先，李堅，徐偉

(上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州 545007)

長玻纖增強聚丙烯材料(PP-LGF)以其優(yōu)異的性能，正逐步取代短玻纖增強尼龍材料(PA-GF)成為成型汽車零部件的重要材料之一。對PP-LGF材料取代PA-GF材料在上汽通用五菱某款車的發(fā)動機裝飾罩蓋上的應(yīng)用進行了研究，根據(jù)發(fā)動機裝飾罩蓋的使用要求對材料性能進行了規(guī)范，并對比了現(xiàn)用材料與潛在材料的性能，最終選定PP-LGF30試制零件；通過優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)和調(diào)整工藝，制造出了盡量滿足外觀要求和完全滿足零部件性能的零件，并在輕量化和降低成本等方面取得了明顯的效果，可在耐熱要求不超過150 ℃的汽車零部件領(lǐng)域推廣使用。

長玻纖增強聚丙烯；發(fā)動機裝飾罩蓋；輕量化；降低成本

0 引言

玻纖增強的復(fù)合材料可使原有材料的韌性、剛性和耐久性得到大幅提升，已在汽車零部件上得到了廣泛的應(yīng)用。玻纖增強材料分為短玻纖增強材料和長玻纖增強材料。相比長玻纖增強材料而言，短玻纖增強材料存在易翹曲、低溫韌性較差、耐疲勞性一般等缺點[1];長玻纖增強聚丙烯(PP-LGF)因在產(chǎn)品中具有較長的保留長度，具有比強度高、比模量高、抗沖擊性強、尺寸穩(wěn)定和翹曲度低等顯著特點[2]。用PP-LGF替代短玻纖增強尼龍(PA-GF)不僅性能得以提升，還可實現(xiàn)輕量化和降本。因此，PP-LGF正逐步取代部分短玻纖增強工程塑料應(yīng)用于汽車零部件上。

1 發(fā)動機裝飾罩蓋的性能要求

為了合理地選擇材料，首先需要分析和了解發(fā)動機裝飾罩蓋的使用要求和使用條件：發(fā)動機裝飾罩蓋位于發(fā)動機的正上方，工作環(huán)境溫度為120 ℃左右，最低溫度一般為-40 ℃；發(fā)動機裝飾罩蓋容易接觸到燃油等介質(zhì)，需要進行耐剎車油、發(fā)動機冷卻液、發(fā)動機油、汽油、化學(xué)沖洗劑等測試；為了防止發(fā)動機裝飾罩蓋產(chǎn)生共振，除了對零件進行模態(tài)分析、要求一階模態(tài)不能小于35 Hz之外，還需要根據(jù)主機廠要求輸入振動激勵曲線，進行發(fā)動機Z向耐久掃頻實驗。

文中通過PP-LGF在發(fā)動機裝飾罩蓋上的應(yīng)用試驗，研究以PP-LGF取代PA-GF 在發(fā)動機裝飾罩蓋上應(yīng)用的可行性，并從輕量化和成本等方面對兩者進行對比、分析，同時積累PP-LGF材料在汽車零部件方面的數(shù)據(jù)和試驗經(jīng)驗，為今后PP-LGF在汽車零部件上的應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 材料的選擇

某發(fā)動機裝飾罩蓋現(xiàn)用材料為PA6-GF35，潛在材料有PP-LGF40、PP-LGF30、PP-GF30?，F(xiàn)用材料與潛在材料的性能對比見表1。

表1 現(xiàn)用材料與潛在材料的物性對比

從表1可得出以下結(jié)論:

(1)PA6-GF35容易吸水，分干態(tài)與濕態(tài)兩種狀態(tài)，其中濕態(tài)下材料的強度、剛性下降，韌性增加，且在濕態(tài)下尺寸易變化，導(dǎo)致產(chǎn)品失效。

(2)PP-LGF40比較接近PA6-GF35干態(tài)的性能，密度下降12%以上；PP-LGF30的性能比較接近PA6-GF35濕態(tài)的力學(xué)性能，密度下降20%，但二者的熱變形溫度均比PA6-GF35的低40 ℃以上。

(3)PP-GF30相比PA6-GF35，拉伸強度、彎曲強度下降比例較大，沖擊韌性略好一些。

(4)發(fā)動機裝飾罩蓋的熱老化性能要求150 ℃@336 h，對于PP-GF30來說，負荷變形溫度@1.8 MPa只有150 ℃，沒有安全裕度。

(5)PP-LGF40玻纖含量較高，容易在表面上造成浮纖[3-4]，不滿足發(fā)動機裝飾罩蓋作為外觀件的性能要求。

綜上所述，PP-LGF30相比其他幾種材料更適合用于發(fā)動機裝飾罩蓋零件。

3 發(fā)動機裝飾罩蓋的試制及性能驗證與評價

3.1 發(fā)動機裝飾罩蓋的試制

(1)PP-LGF30材料

試驗使用的PP-LGF30是塞拉尼斯、廣州金發(fā)、南京聚隆公司的產(chǎn)品，圖1為廣州金發(fā)PP-LGF30粒料實物圖。

試驗用于發(fā)動機裝飾罩蓋的PP-LGF30的長玻纖含量和商業(yè)牌號如表2所示。

圖1 PP-LGF30粒料

玻纖含量廠家牌號30%廣州金發(fā)GFPP-L30HSBK01330%南京聚隆PG68IK-L0130%塞納尼斯PP-GF30-05CN01/10

(2)注塑設(shè)備

選用寧波海天集團股份有限公司生產(chǎn)的HT 1250T注塑設(shè)備。根據(jù)產(chǎn)品的外觀和性能情況[5]，設(shè)定的注塑參數(shù)見表3和表4。

表3 料筒溫度 ℃

表4 注塑工藝的設(shè)定

備注：*保壓容易造成頂針印，所以沒有進行設(shè)定。

(3)為了優(yōu)化PP-LGF30的產(chǎn)品外觀，需要對模具和工藝進行如下調(diào)整：① 在溶膠的流動末端需要開設(shè)排氣孔，解決零件的困氣問題；②增加模溫機，將模具溫度控制在80 ℃，可獲得一個較好的外觀和保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

圖2 上汽通用五菱某車型PP-LGF30材

在優(yōu)化后的模具上注塑產(chǎn)品，零件表面有輕微的玻纖外漏，有紋理，外觀整潔，滿足產(chǎn)品的外觀的要求。圖2為發(fā)動機裝飾罩蓋的實際照片。

3.2 性能驗證與評價

按照上汽通用五菱試驗大綱要求，對試制的發(fā)動機裝飾罩蓋進行外觀、零件性能和路試搭載試驗，測試結(jié)果見表5。

PP-LGF30發(fā)動機裝飾罩蓋經(jīng)環(huán)境試驗、振動耐久試驗后，無異常及缺陷，產(chǎn)品性能可靠。

表5 PP-LGF30發(fā)動機裝飾罩蓋的試驗結(jié)果

3.3 PP-LGF30發(fā)動機裝飾罩蓋與PA6-GF35發(fā)動機裝飾罩蓋的對比

表6列出了PA6-GF35發(fā)動機裝飾罩蓋與3種PP-LGF30發(fā)動機裝飾罩蓋的對比結(jié)果

表6 PP-LGF30發(fā)動機裝飾罩蓋與PA6-GF35發(fā)動機裝飾罩蓋有關(guān)對比

注：材料價格為近似值，成本降低比例為估值。

由表6看出：與PA6-GF35材料制造的發(fā)動機裝飾罩蓋相比，PP-LGF30的發(fā)動機裝飾罩蓋質(zhì)量輕(減重22%以上)，材料成本低(降低23%～36%),且成型過程中所需的能耗低。

4 長玻纖增強PP材料的應(yīng)用展望

長玻纖增強PP材料應(yīng)用于發(fā)動機裝飾罩蓋，可實現(xiàn)零件輕量化，成本下降、制造能耗下降。其剛性、韌性和長期耐疲勞性優(yōu)于短玻纖增強PA，可廣泛應(yīng)用于耐熱要求不超過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】安峻瑩,孟征,蘇昱.長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料力學(xué)性能的研究進展[J].工程塑料應(yīng)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】陳生超,楊永良,陳金濤，等.纖維含量對長玻纖增強聚丙烯注塑制品性能影響[J].工程塑料應(yīng)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】吳維新,任璞,李賓,等.玻纖形態(tài)對長玻纖增強聚丙烯性能的影響[J].工程塑料應(yīng)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】盧桂陽,李瑤,許廣業(yè).注塑條件對長玻纖增強聚丙烯性能影響研究[J].工程塑料應(yīng)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

蔣艷云(1984—)，女，工學(xué)碩士，工程師，從事非金屬材料的應(yīng)用、研究及推廣工作。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