133
10.16638/jki.1671-7988.2018.04.043
孟拥军1，史永刚1，张辉3
（1.陕汽集团陕西华臻车辆部件有限公司，陕西 西安 710000；2.陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，
陕西 西安 710200）
摘 要：文章主要针对汽车轻量化新材料进行应用分析，通过对PDCPD 新材料的制备、成型、产品设计和性能分析验证，以其轻量化和环保性为替代传统SMC 材料提供可行空间。 关键词：新材料；PDCPD ；轻量化
中图分类号：U465 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2018)04-133-02
Application analysis of heavy truck lightweight PDCPD material
Meng Yongjun 1, Shi Yonggang 1, Zhang Hui 3
( 1.Shaanxi Automobile Group Shaanxi Hua Zhen Auto Parts Company Limited, Shaanxi Xi'an 710000; 2. Shaanxi Heavy -duty Motor Company Limited Automotive Engineering Research Institute of Shaanxi Province, Shaanxi Xi'an 710200 ) Abstract: This paper is mainly about the application analysis of new lightweight materials for automobiles. Through the preparation, molding, product design and performance analysis of PDCPD new materials, it can provide viable space for its lightweight and environmental protection instead of traditional SMC materials. Keywords: New materials; PDCPD; lightweight
CLC NO.: U465 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)04-133-02
前言
当前重型汽车排放要求和载重量限制要求的不断提升，节能、环保、安全、舒适、智能和网络是汽车发展的趋势，其中节能和环保成为汽车发展的趋势。
1 轻量化技术
1.1 轻量化概述
汽车轻量化技术是采用新的设计方法和新的制造手段，采用新材料在确保零部件使用性能和外观性能要求的基础上对零部件进行重新设计和制造，尽可能降低产品自身重量，以达到减重、降耗、安全、环保等性能指标。
随着新材料技术和设计制造技术的不断进步，汽车轻量
化应用在不断增加。PDCPD 的应用在保持汽车外饰件综合性
能的基础上，使产品重量降低了30%-50%。为整车的重量减重、降耗、环保、安全提供了可发展的空间。 1.2 轻量化新材料简介
聚双环戊二烯（简称：PDCPD ，Poly dicyclopentadience ）是一种热固性树脂，又称塑料钢，是一种新型的工程塑料。
聚双环戊二烯是由来源于乙烯裂解C5馏分中的单体双环戊二烯（DCPD ），将纯度提纯至99.8%，在催化剂的作用下，发生开环歧化聚合反应而制成的一种聚合物。
PDCPD 材料的重量为SMC 材料的60%左右；涂饰性能良好，能适应各类油漆涂料的涂装；PDCPD 材
料的常规力学性能、可靠性能与SMC 材料相近，抗冲击性好，可以在汽车零部件上应用，达到轻量化的目的；在零件成型过程中，通过添加各类助剂（如阻燃剂、增强剂等）还可使材料的性能进一步提高。
其原理图见图1所示，成型后材料结构图如图2所示，
作者简介：孟拥军，学士，助理工程师，就职于陕汽集团陕西华臻车辆部件有限公司，主要从事汽车新材料应用研究与工艺开发。
汽车实用技术
134
从材料结构来看，该材料为窝状多孔结构，使得材料具备了质轻、韧性好、可靠性高的特性，因而该材料在汽车外饰件上的应用成为可能。
图1 聚双环戊二烯聚合原理 图2 聚双环戊二烯材料结
2 PDCPD 材料应用
2.1 新材料状态下产品结构设计特点
与传统注塑或者热压成型产品相比，PDCPD 产品具有原材料流动性能好，所制造的零件造型自由、耐冲击性能佳，膨胀系数低、耐高温、低温性能好，可以在极寒地区进行应用，不会产生脆裂等现象。在产品设计时候应充分考虑材料本身特性，在不改变零部件外观要求的基础上，尽量以网状化、龙骨化的形式进行内部结构设计，充分利用材料特性，在保证产品强度的基础上降低产品重量。 2.2 新材料工艺成型特点
该材料采用反应注射成型（简称RIM ），将具有高化学活性、相对分子质量低的双组份材料经撞击混合后，在常温低压下注入密封的模具内，完成聚合、交联和固话等化学反应形成制品的工艺过程[1.2.4]。这种将聚合反应与注射成型相结合的新工艺，具有物料混合效率高、流动性好、原料配制灵活、生产周期短及成本低的特点，适用于大型、复杂、不等壁厚的制品生产。
3 基于设计的轻量化汽车外饰件应用
从零部件的改进设计、初始结构设计、产品制造和样车评审来做轻量化的结构设计分析。在满足使用性能的前提下，采用优化设计去掉零部件的冗余部分、减少零部件搭接或者安装结构，在保证强度基础上对结构进行网状或者龙骨化设计，继而实现轻量化。 3.1 优化设计
优化设计主要有两个方面：一是根据材料特性开发新的设计方法，以优化零件的造型设计[3]；二是设计新的结构形状，按照实际工况优化零部件形状。 3.2 外饰件优化设计案例
总体来看，PDCPD 材料除静态强度外其他方面性能均优于SMC 材料，因而对于一般外观件适用，尤其对于韧性、冲击性、耐老化性能、外饰涂饰性能、环保要求较高的零部件采用PDCPD 材料是综合性能更好。采用新的结构对产品
进行重新设计，基本结构见图3。
图3 顶导流罩新的结构
CAE 分析：采用HyperMesh 进行前处理；采用OptiStruct 进行求解；采用HyperView 进行后处理。通过对垂向工况、转向工况、制动工况三个工况下进行分析。经过CAE 分析，产品结构可以满足性能要求。
图4 垂向工况 图5 转向工况
图6 制动工况
4 结论
综合分析，我们得出以下结论：PDCPD 作为一种新型塑料材料，由于在轻量化、环保、耐低温、抗老性等方面优势，尤其在低温环境下韧性较好，可以作为在汽车内外饰上替代传统产品进行应用；由于其材料本身特点，适合制作汽车外观覆盖件及内部装饰件。此次验证了PDCPD 新材料在某些外饰件上应用的可能性。
参考文献
[1] 邱菊芳.反应注射成型（RIM ）新技术[J].工程塑料应用.1990.（03）：
25-28.重型汽车
[2] 陈竹生.聚合物反应注射成型[J] .高分子通报.1989.（02）:45-50. [3] 郑成刚.聚氨酯材料在汽车上的应用及发展状况[J].汽车工艺与材
料.2005.（03）:21-24.
[4] 胡海青.热固性塑料注射成型反应注射成型（RIM ）与增强反应
注射成型（RRIM ）[J].热固性树脂.2001.16（4）:45-48.
发布评论