汽车顶棚不同生产工艺的对比分析

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源：长城汽车

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本文介绍了汽车模塑顶棚最主要两种生产工艺(湿法工艺和干法工艺)的流程和参数,并从顶棚性能、轻量化效果、耐高温尺寸稳定性、吸/隔声性能、环保性和成型稳定性等方面对2种工艺进行了对比。结果表明,湿法工艺较干法工艺具有明显优势,将逐渐成为汽车模塑顶棚最主要的生产工艺。

2. 顶棚生产工艺

2.1 干法工艺

干法又叫冷模法,是将半硬质聚氨酯发泡复合板材加热到180~200 ℃,使之达到塑性状态;然后将其放在模具内,与护面材料同时压制成型。半硬质聚氨酯发泡复合板材由热熔胶粉或胶膜、玻璃纤维、半硬质聚氨酯发泡板材(PU)和无纺布复合而成(图1)。

图1 半硬质聚氨酯发泡复合板材的结构

干法工艺流程如下。半硬质聚氨酯发泡复合板材上料→加热→上面料→复合模压(冷模)→水切割→包边+粘附件。工艺参数如表1 所示。

表1 干法工艺参数

2.2 湿法工艺

湿法又叫热模法,是在半硬质聚氨酯泡沫板材上、下表面辊胶(热固性聚氨酯胶粘剂),然后分别铺玻璃纤维毡和无纺布,在加热模具里压制成型。湿法工艺又分为一步法工艺和两步法工艺,两者的差别是模压次数不同,工艺流程分别如下。

一步法:半硬质聚氨酯泡沫板材上料→辊胶→喷水→叠加→送料→复合模压(热模)→定型→水切割→包边+粘附件。

两步法:半硬质聚氨酯泡沫板材上料→辊胶→喷水→叠加→送料→骨架模压(热模)→定型→喷胶→模压(热模)→定型→水切割→包边+粘附件。生产工艺参数如表2所示。

3. 干法工艺和湿法工艺的对比

以同一款车顶棚为例,对干法工艺和湿法工艺进行对比,结果如下。

表2 湿法工艺参数

3.1 顶棚综合性能的对比

干法工艺和湿法工艺的主要差异点体现在复合模压工序,干法工艺是加热片材、冷模压制成型,湿法工艺是加热模具、冷片材压制成型。表3列出了干法顶棚和湿法顶棚的主要性能对比。

表3 干法顶棚和湿法顶棚的主要性能对比

3.2 顶棚轻量化效果对比

以同一款车顶棚为例,干法工艺和湿法工艺的材料单位面积质量对比见表4。从中看出,与干法顶棚相比,湿法顶棚单位面积质量可降低约28.5%。

表4 不同工艺材料单位面积质量的对比

3.3 耐高温尺寸稳定性

湿法工艺生产的顶棚在高温下的尺寸变化率较小,具有良好的高温尺寸稳定性。经验数据证明,干法顶棚在100 ℃高温下,经过16 h后,尺寸变化率≤2.5%;而湿法顶棚在同等条件下的尺寸变化率≤0.5%。干法工艺复合过程采用热熔性胶粉或胶膜,湿法工艺复合过程采用热固性聚氨酯胶粘剂。一般情况下,热熔性胶粉或胶膜的熔点较低,耐高温性能较差;而热固性材料耐高温性能优异,因此湿法顶棚耐高温尺寸稳定性较好。

3.4 隔声量和吸声系数的对比

图2 和图3 分别是两种工艺生产的顶棚的隔声量和吸声系数的对比结果。

图2 隔声量

图3 吸声系数

由图2、图3可知,在顶棚总成厚度相同的条件下,湿法顶棚总成的隔声量在1000Hz以下优于干法顶棚总成隔声量,而湿法顶棚总成吸声效果在1600Hz以上优于干法顶棚。通常情况下,低频噪声控制主要靠隔声,高频噪声控制主要靠吸声,所以湿法顶棚吸隔声/吸声性能优于干法顶棚。

3.5 环保性能

表5 干法顶棚和湿法顶棚VOC含量对比

从表5看出,除苯和丙烯醛外,湿法顶棚VOC各物质含量均高于干法顶棚VOC含量。这是因为湿法顶棚生产中用到的热固性聚氨酯胶粘剂大多为溶剂型胶粘剂;而干法顶棚生产使用的是热塑性聚烯烃类胶粉或者热塑性胶膜,因此湿法顶棚VOC含量较高,环保性能不如干法顶棚。

3.6 成型稳定性

干法工艺仅适合生产结构相对简单和拉延深度较小的顶棚,而湿法工艺一般采用两步法生产,拉伸变形较大位置的成型效果优于干法工艺,具有优异的成型性能,适用范围广,产品设计局限性低。

4. 总结

湿法工艺生产的顶棚在轻量化、耐高温尺寸稳定性、隔声/吸声性能和成型稳定性方面具有优势。但两步法湿法工艺需要两套成型模具,前期投入较高;而且湿法顶棚VOC含量较高。但随着材料技术的进步,用于顶棚湿法工艺的水性胶粘剂已经开发完成并逐渐获得应用,湿法顶棚VOC含量会有所降低,甚至将低于干法顶棚VOC含量。因此湿法工艺将逐渐发展成为顶棚最主要的生产工艺之一。

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