吳松，崔厚學(xué)

1.東風(fēng)鴻泰控股集團有限公司運營管理部 湖北武漢 430056

2.東風(fēng)汽車集團有限公司戰(zhàn)略規(guī)劃與科技發(fā)展部 湖北武漢 430056

中國汽車產(chǎn)業(yè)經(jīng)過十余年高速增長，產(chǎn)銷量連續(xù)位居全球第一，成為世界第一汽車產(chǎn)銷大國。隨之而來的高油耗、高污染等問題也日漸突出。同時，國內(nèi)汽車業(yè)進入微增長階段，消費者對汽車油耗、性能和外觀提出了新的更高的要求。未來轎車應(yīng)該是一種更安全、更舒適、更輕便、更經(jīng)濟及更節(jié)能環(huán)保，同時能兼顧用戶審美要求的產(chǎn)品。

輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計及輕量化材料推廣，是實現(xiàn)汽車輕量化的必經(jīng)之路。聚甲基丙烯酸甲酯PMMA（Polymethyl Methacrylate）材料在轎車上的推廣應(yīng)用將是一個很好的發(fā)展方向。PMMA俗稱有機玻璃，是目前汽車零部件應(yīng)用較多的透明塑料品種之一，也是迄今為止合成透明材料中質(zhì)地優(yōu)異、價格適宜的塑料品種。

1901年德國奧托·羅姆博士發(fā)明了醇鈉和丙烯酸酯的縮聚產(chǎn)物，1921年他又推出了以乙烯通過氯乙醇合成丙烯酸酯的工業(yè)路線，并于1927年在德國率先實現(xiàn)了該產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)。歐洲給這種材料取名ACRYLIC，中文譯做“亞克力”。PMMA具有質(zhì)量輕、耐熱性好及光學(xué)性能優(yōu)良等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于車身部件制作。其單體MMA（甲基丙烯酸甲酯）在常溫下呈無色透明狀。PMMA塑料有極好的透光性能，透光率可達92%，機械強度較高，具有良好的耐熱、耐寒及耐腐蝕性，易于成型且尺寸穩(wěn)定，可用于加工有一定強度要求的透明零部件。有效降低車輛整備質(zhì)量，從而實現(xiàn)汽車輕量化?；诖四康?，本文進行了PMMA有機玻璃替代傳統(tǒng)無機玻璃的可行性試驗論證。

汽車玻璃材料

1.汽車玻璃材料

玻璃材料一般有透光、透明、保溫、隔聲、耐磨以及耐氣候變化等性能要求。平板玻璃主要物理性能指標(biāo)有：折射率約1.52，透光度85%（厚2mm的玻璃，有色和帶涂層者除外），軟化溫度650～700℃，熱導(dǎo)率0.81～0.93W/（m·K），膨脹系數(shù)9×10-6～10×10-6/K，比重約2.5，抗彎強度16～60MPa。其中，厚度、透光率、抗磨性、抗沖擊和耐候性等，是汽車玻璃選材需要主要考慮的性能指標(biāo)。我國目前汽車玻璃主要參照法規(guī)是GB9656—2003,該標(biāo)準(zhǔn)與歐洲經(jīng)濟委員會制定的ECE R43—2000《安全玻璃材料的統(tǒng)一規(guī)定》的內(nèi)容基本一致。

2.聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)

PMMA的基本特性如下，決定了其適合用于汽車玻璃。

1）質(zhì)量輕。PMMA密度大約在1150～1190kg/m3，是普通玻璃（2400～2800kg/m3）的一半。

2）可見光透過率高。PMMA是目前最優(yōu)良的高分子透明材料，可見光透過率達到92%。

3）耐候性好。PMMA具有突出的耐老化性能，大大優(yōu)于其他塑料材料。

4）加工性能好。PMMA不但可以進行注塑、熱壓、吹塑和擠出等塑料成形加工，而且可以進行切削、鉆孔、粘結(jié)的后續(xù)加工，適合設(shè)計制造較大曲率的車窗。

汽車玻璃是整車質(zhì)量中占比較大的零部件，通常單車玻璃用量可達40kg。目前傳統(tǒng)汽車一般使用以硅酸鹽為基礎(chǔ)原料的無機玻璃，如果用PMMA有機玻璃取代無機玻璃，將使玻璃質(zhì)量減半，對整車減重效果明顯。而且PMMA適用注塑、擠出及熱壓等多種成型工藝，比無機玻璃的成型工藝自由度更大，可以設(shè)計較為復(fù)雜的曲面，在實現(xiàn)輕量化的同時，給汽車外形設(shè)計留下更多造型空間。

PMMA在汽車玻璃上應(yīng)用

采用PMMA有機玻璃擠出板制成的采光體，與傳統(tǒng)無機玻璃采光裝置相比，具有整體結(jié)構(gòu)強度高、質(zhì)量輕、透光率高和安全性能好等特點。

PMMA有機玻璃用于制造汽車風(fēng)窗的成功案例有：長安奔奔后三角窗（見圖1），雪鐵龍DS5后側(cè)窗（見圖2）。

圖1 長安奔奔（后三角窗）

圖2 雪鐵龍DS5（后側(cè)窗）

1.PMMA在汽車玻璃上的應(yīng)用

以雪鐵龍DS5后側(cè)圍窗玻璃為研究對象，對其使用PMMA材料制作汽車后側(cè)圍玻璃案例進行了研究分析。曲率斑馬線如圖3所示，曲面曲率分析如圖4所示，結(jié)構(gòu)均勻度分析如圖5所示。

圖3 曲率斑馬線分析

圖4 曲面曲率分析

圖5 結(jié)構(gòu)均勻度分析

（1）結(jié)構(gòu)分析 此零件設(shè)計按照兩層結(jié)構(gòu)處理，分內(nèi)框和外殼，內(nèi)框材料為ABS/PC合金材料，其強度優(yōu)異，抗老化性能佳；外殼使用日本帝人提供的PMMA材料。ABS/PC合金材料和PMMA材料物理性能可通過注塑方式融合。

（2）成型工藝分析 如圖6所示，采用多色注塑技術(shù)來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)疊加式雙色零件的成型，使用多色注塑機成型高光PMMA材料注塑技術(shù)目前在國內(nèi)只有為數(shù)不多的專業(yè)廠家能獨立完成，東風(fēng)旗下的神光模塑公司具備該項技術(shù)完整的設(shè)計、工藝及工業(yè)化能力。

圖6 成型工藝分析

2.基于PMMA材料的汽車玻璃的性能驗證

針對雪鐵龍DS5車型進行分析，研究PMMA汽車玻璃材料。

根據(jù)GB9656《汽車安全玻璃》和ECER43《關(guān)于安全玻璃材料及其在車輛上的安裝認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定》中規(guī)定的檢測項目，汽車安全玻璃關(guān)鍵性能要求為：高透光率、高耐候性、高耐熱性、抗沖擊性、抗刮擦性及化學(xué)穩(wěn)定性。具體實驗項目如下。

（1）柔性測試 該項測試的目的是檢驗有機玻璃材料屬于剛性類還是柔性類。

（2）人頭模型沖擊測試 目的是驗證人頭部沖擊有機玻璃時，頭部受傷程度是否符合相關(guān)的限度要求。

（3）機械強度測試 227g鋼球測試：評估PMMA有機玻璃的機械強度。

（4）耐磨性測試 確定有機玻璃的耐磨性是否大于規(guī)定值。

（5）耐模擬氣候性測試 驗證對模擬天氣變化條件下的承受力。

（6）涂層附著力測試 檢查有機玻璃耐刮擦涂層是否具備足夠高的附著力。

（7）耐濕性測試 檢驗有機玻璃長期暴露在潮濕環(huán)境而性能無明顯變化。

（8）光學(xué)質(zhì)量 檢驗有機玻璃的透光性是否滿足PMMA三角窗玻璃能滿足各項性能要求，從而有力地支持了PMMA材料在乘用車三角窗上的應(yīng)用。

結(jié)語

使用PMMA材料，在汽車玻璃上比傳統(tǒng)材料有顯著優(yōu)點，比如：

1）區(qū)別于傳統(tǒng)玻璃，在滿足功能和性能的前提下，PMMA注塑工藝能夠給設(shè)計師提供各類曲面造型風(fēng)格的支持，從而有效提升車身識別度及車型檔次。

2）PMMA注塑能提供光澤度超過120的高光表面效果，且可方便對其顏色按客戶需求進行調(diào)制。

3）相對傳統(tǒng)玻璃生產(chǎn)，PMMA多次注塑技術(shù)工藝簡單，能耗低，成形周期短，生產(chǎn)過程無污染且材料可回收再利用。

在汽車行業(yè)進入微增長的今天，車輛個性化、輕量化及環(huán)境友好將是未來消費者更加關(guān)注的特質(zhì)，這也是未來汽車的發(fā)展方向。采用PMMA材料，使用多色注塑技術(shù)成形的新型汽車玻璃必將有更加廣泛的應(yīng)用空間。