商用車儀表板材料與工藝選擇及發(fā)展趨勢

孫銳 袁學虎 周天平 楊丹 陶駿

（1.湖北雙鷗汽車飾件有限公司；2.東風商用車工藝研究所）

商用車儀表板是汽車內飾中關鍵的功能件，也是影響汽車駕駛室內部空間造型風格的裝飾件。隨著我國汽車工業(yè)的高速發(fā)展，市場的需求越來越大，為創(chuàng)造舒適、安全與華麗的車內乘坐空間，人們一直追求高檔次和高質量的汽車內飾。儀表板作為汽車內飾最主要的部件，更加趨于多樣化、人性化和高檔化。

1 PVC+ABS表皮陽模成型（Force Vacuum Forming）的半硬泡儀表板

半硬泡儀表板結構是由蒙皮材料PVC+ABS 板材真空吸塑成型后，鋪放在聚氨酯發(fā)泡模具型腔中，預置儀表板骨架，在蒙皮內部澆注半硬質聚氨酯泡沫，合模固化成型。

儀表板蒙皮是厚度1.2～1.5 mm 的PVC+ABS 復合材料板材；中間填充的聚氨酯泡沫由聚醚多元醇、聚合物多元醇、水、低氣味氨催化劑及交聯(lián)劑等按比例混合均勻配置成A 組分；市售多異氰酸酯（PAPI）作為B 組分。將A、B 組分分別泵入高壓發(fā)泡機進行碰撞混合發(fā)泡，形成中間填充層半硬質聚氨酯泡沫。

早期的增強骨架多是沖壓焊接成型的金屬骨架，目前在汽車輕量化要求下，很多儀表板采用玻纖增強PP 或者玻纖增強ABS 注射成型。

早期的蒙皮真空吸塑成型模具和發(fā)泡模具多是采用環(huán)氧樹脂制造，由于樹脂模具易開裂且傳熱性差，一般只在試驗初期和試制時采用樹脂模具，批量加工時多采用鋁合金模具。

1.1 半硬泡儀表板成型工藝

成型工藝主要分為兩種情況：1）蒙皮成型工藝。PVC+ABS 板材通過自動送料工裝進入雙面加熱裝置烘烤—鋪放在吸塑模具上進行真空吸塑—冷卻定型—脫模存放；2）聚氨酯發(fā)泡成型工藝流程。聚氨酯泡沫澆注到模腔中有2 種方式：一種是采用開放式澆注到發(fā)泡模具型腔中，另一種是發(fā)泡模具處于鎖模狀態(tài)，從發(fā)泡模具頂部注料口注入聚氨酯材料。目前2 種方式都在使用。

半硬質儀表板常用蒙皮使用的板材質量性能要求，如表1 所示。對于內飾件，在其性能滿足要求的前提下，氣味、霧翳與VOC 含量是各汽車廠重點關注的指標，要滿足法規(guī)要求。

表1 常用蒙皮使用的板材質量性能表

1.2 半硬泡儀表板優(yōu)缺點

商用車半硬泡儀表板的優(yōu)點：1）可以成型造型復雜的產品；2）聚氨酯泡沫具有彈性，給人柔軟的質感；3）開孔的聚氨酯泡沫有優(yōu)異吸音減振的作用；4）車輛在碰撞中聚氨酯泡沫有緩沖吸能的功能，可減少對司乘人員的傷害。缺點：1）蒙皮表面花紋在轉角處變形、消失、光澤變化及厚度變薄。一般在圓角處R 角不能大于2°；2）蒙皮材料在氣味、霧翳及VOC 方面不能滿足汽車制造商的特殊要求；3）半硬泡儀表板表層蒙皮與泡沫在裝車后經受光熱作用會發(fā)生剝離，蒙皮過度拉伸的地方易出現(xiàn)破裂。

2 注射成型（Injecting）硬質儀表板

隨著熱塑性改性材料的發(fā)展，采用熱塑性材料注射成型儀表板的工藝應運而生。由于聚丙烯（PP）的價格低廉，國內各種商用車儀表板普遍采用改性聚丙烯來生產硬質儀表板，低端的乘用車儀表板也都是采用硬質儀表板，硬質儀表板主要采用注射成型工藝，一般采用鎖模力2 000 t 以上的注射機。

注射成型儀表板本體采用的材料：增強改性的聚丙烯，一般使用滑石粉填充增強，彈性體類材料增韌進行改性，常見儀表板成型采用的材料性能，如表2 所示。

表2 常見儀表板成型采用的材料性能表

2.1 注射成型工藝、模具與設備

成型工藝為普通注射成型。成型工藝流程：改性PP—注射成型—脫模修整—噴涂裝飾漆（可選）。儀表板主體及各附件均采用普通注射模具成型，模具材料一般為718 或H13，成型設備采用常見的塑料注射成型機。設備選型主要是根據儀表板本體的尺寸來估算注塑機的鎖模力，從而確定設備的型號。

2.2 硬質儀表板優(yōu)缺點

汽車硬質儀表板的優(yōu)點是生產效率高、材料利用率高、產品不易變形、易裝配且可整體回收。缺點是：產品觸摸感不佳（雖然可以通過在表面噴涂聚氨酯軟觸摸漆提高質感，但此方法不僅增加了成本，還存在漆層脫落、剮蹭掉的風險）；在碰撞吸能、潰散變形、保護駕乘人員方面給人印象不如其他材料制造的產品，雖然通過優(yōu)化結構設計可以滿足法規(guī)要求，但給客戶的感覺是冰冷、僵硬且容易在事故中增加對人員傷害，只能應用在低端普通車型中。

3 搪塑成型（Slush Moulded）儀表板

搪塑儀表板是指儀表板蒙皮采用搪塑成型工藝而成，可以搪塑的材料有PVC，TPU 等。搪塑儀表板是乘用車儀表板的主流配置，柔軟的蒙皮，均勻一致的花紋，柔和的觸摸感，提升了整車的檔次。也是目前比較高檔商用車可能采用的配置。

搪塑成型儀表板模具有2 種，一種是蒙皮成型采用的鎳制搪塑模具，另一種是聚氨酯發(fā)泡模具，主要是鋁合金材質。

3.1 蒙皮搪塑工藝成型

蒙皮搪塑工藝流程：搪塑模具預熱—搪塑模具與PVC 粉末盒連接加料—加料后模具加熱熔融凝膠—模具冷卻—搪塑蒙皮脫模。

蒙皮搪塑成型工裝是自動搪塑機，設備復雜龐大，主要依靠進口。它主要由1 個能形成模具旋轉循環(huán)傳送器、1 個自動加料系統(tǒng)、1 個加熱系統(tǒng)、1 個冷卻系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成。一般的搪塑機有2 支循環(huán)傳送臂，根據產量的不同，可以增加到4 支臂、6 支臂等。搪塑模具主要是電鍍鎳殼模。

搪塑蒙皮的理化性能（以PVC 材料為例），如表3所示，對于氣味、霧翳及VOC 性能要求與半硬質儀表板一樣。

表3 搪塑蒙皮的理化性能表

搪塑儀表板發(fā)泡工藝流程：蒙皮鋪放—真空抽吸定位—骨架定位—開模或閉模澆注—泡沫熟化—脫模存放—水切或液壓機沖裁修整。儀表板填充的聚氨酯泡沫理化性能，如表4 所示。

表4 儀表板填充的聚氨酯泡沫理化性能

3.2 搪塑儀表板優(yōu)缺點

搪塑儀表板表皮的優(yōu)點：1）蒙皮的花紋一致，無變形缺陷；2）搪塑模具設計自由度大，局部突變的部分圓角半徑可以小至1.5 mm，局部拔膜角度可以為負值；3）表皮厚度容易控制，通過加粉的質量來方便地調節(jié)蒙皮厚度；4）材料成本低，邊界余料浪費少。搪塑蒙皮的缺點是：1）PVC 材料存在氣味、霧翳；2）模具投入費用大，模具目前只能在國外制造，周期為9 個月，而且設計更改麻煩，一次最少要投入2 副模具，模具壽命周期在2.5 萬～3 萬件；3）搪塑加工設備造價高，目前也主要是進口，能源耗費大。

隨著聚氨酯工業(yè)的發(fā)展，采用TPU 材料進行搪塑儀表板表皮，跟PVC 材料的搪塑表皮相比，有更好的優(yōu)勢。氣味、霧翳與VOC 更小;改善了PVC 搪塑蒙皮低溫脆性、耐光熱老化及紫外線照射性能。但TPU 價格比PVC 高2～3 倍，因此TPU 搪塑蒙皮大多在中高檔乘用車上使用。

4 陰模吸塑成型（Female moulded）軟質儀表板

早期的半硬質儀表板是陽模成型工藝，蒙皮外觀差，而搪塑成型蒙皮工裝投入高，因此陰模成型的儀表板蒙皮技術出現(xiàn)了，它是陽模成型和搪塑的結合。陰模成型儀表板除了蒙皮成型工藝與其它成型工藝不同外，其它如填充的泡沫和骨架與半硬泡儀表板和搪塑儀表板一樣。陰模成型儀表板蒙皮材料是熱塑性彈性體（TPO）片材真空吸塑成型。蒙皮成型模具是表面蝕刻有花紋的陰模吸塑模具。

陰模成型工藝流程：片材預熱軟化—真空吸塑成型蒙皮—脫模定型—鋪放在發(fā)泡模具型腔中澆注聚氨酯泡沫—脫模定型—水切或液壓機沖裁修整。

陰模真空吸塑成型工裝與搪塑成型工裝一樣，比較復雜龐大，我國國內不具備制造能力，儀表板制造商采用該工藝生產制造的為數不多。

陰模成型工藝具有蒙皮花紋清晰的特點，接近搪塑工藝，吸塑模具使用壽命比搪塑高、能耗小以及效率高。但是陰模成型工藝存在材料利用率小，模具及工裝需要進口且投入大，表皮局部被過度拉伸變薄影響產品使用壽命的缺點。

5 聚氨酯噴涂（PUspray）成型儀表板是未來發(fā)展方向

聚氨酯噴涂（PUspray）成型儀表板是指儀表板的蒙皮成型工藝與以往的儀表板蒙皮不一樣，蒙皮形成采用將多元醇與多異氰酸酯直接用高壓機碰撞混合后噴涂在模具上固化而得，使用的填充泡沫和骨架與以往的半硬泡儀表板和搪塑儀表板一樣。

聚氨酯噴涂成型蒙皮工藝流程：聚氨酯噴涂機器人在蝕刻有花紋的模具上噴涂成型—蒙皮固化定型—蒙皮鋪放在發(fā)泡模具模腔—澆注聚氨酯發(fā)泡材料—鎖模發(fā)泡—脫模定型修整。

聚氨酯噴涂工裝：是采用專用的聚氨酯加工設備，利用機器人按照編寫的程序進行噴涂，PUspray 噴涂成型設備與其它聚氨酯加工設備的區(qū)別在混合頭，主機部分是相同的，如圖1 所示。機器人按照編寫的程序帶著澆注混合頭在蒙皮成型模具上進行噴涂。

PUspray 成型工藝流程是先向模具表面噴涂脫模劑，再噴涂模內漆，最后向模具噴涂聚氨酯材料，在30 s后即可脫模取下蒙皮[1]。

PUspray 成型是當前較先進的儀表板成型工藝，該工藝具有能耗小，不需要鎖模力，成型周期短等優(yōu)勢，PUspray 成型蒙皮與搪塑成型蒙皮的比較，如表5 所示。

從表5 可以看出聚氨酯噴涂表皮無論在產品理化性能、設備模具投資方面，還是在節(jié)能、提高生產效率及減少工廠投資方面都有很好的優(yōu)勢。

6 結論

文章介紹了在設計開發(fā)中，儀表板產品根據市場定位、公司技術、工裝與成本，選用適合的材料與工藝方案，滿足設計并適應市場。從國內商用車儀表板發(fā)展歷程看，當前市場主流是注射成型硬質儀表板，有部分高檔車采用搪塑儀表板。中國的商用車要走出國門，參與市場競爭，主流汽車廠一定要采用PU 噴涂成型的聚氨酯儀表板。