
复合材料面板对汽车业来说已经不是新生事物,许多整车厂对玻璃纤维、碳纤维、树脂传递模塑(RTM)、片状塑模料(SMC)以及注塑成型都已经有了一定的应用。每项工艺都有优劣势,表现在材料成本、加工成本、结构稳定性、可再利用属性、加工所需时间以及表面完成度等方面。在2014年SAE世界大会中的“汽车复合材料”研讨会上,日产北美技术中心的研究者们指出,整车厂会根据汽车的类别和架构来决定采用何种工艺。
热固性材料系由于工具成本低所以比较适合小批量生产应用,通常会用于那些在已有车型平台上进行特殊改款/改造的车型。并且由于树脂固化过程需要较长时间,因此不适用于大批量生产的汽车。
整车厂现在十分注重材料再利用性,因为一旦制造过程中出现瑕疵或需要改动的地方,则需要材料具有可回收、再利用性。除此以外,汽车生命周期法规与汽车报废处置过程也可以变得更环保。在金属架构中并不提倡使用复合材料,因为很难对其树脂材料系进行区分,增加了回收过程中的复杂性。
考虑到热塑性注塑加工时间较短、可再利用性强、表面完成度高、成本低。日产决定将这类注模板用于2014款Rogue跨界车的行李厢门中。通过大量的计算机模拟优化,并与其供应商合作攻克技术难点,辅以高强度粘合以,使得这一材料应用方案得以实现。
材料优化

上一代日产Rogue行李厢门采用了大量的金属支撑材料,重量较大
复合材料相比传统钢材结构可以减重50%以上,然而,为了让低成本与高性能两者兼得,工程师需要进行大量的优化工作。过去,复合材料行李厢门需要借助大量的金属材料增强其内部结构强度,这抑制了车门轻量化的程度。而通过铰链结构的优化,可以减少原本所需的金属材料用量。此外2014款日产Rogue的全新行李厢门设计还能增加第三排座位的空间。
优异的材料属性和加工工艺使得材料的厚度得以减小。日产最新的外门板材料采用了高刚度热塑性烯烃(TPO),该材料由日产与荷兰利安德巴塞尔公司(Lyondellbasell)共同开发,使新款Rogue在降低重量的同时车身刚度与上一代相同。

新Rogue行李厢门内部面板采用轻质长玻璃纤维增强聚丙烯材料
新Rogue的内部面板采用了免喷涂工艺30%长玻璃纤维增强聚丙烯(PP-GF30)。相比短玻璃纤维,长玻璃纤维增强聚丙烯拥有极高的强度、刚度和抗冲击性能。
通过与日立汽车系统(Hitachi Automotive Systems)合作,后者为2014款Rogue提供全套行李厢门组装方案,使得新车的行李厢门重量比上一代车型的冲压钢行李厢门轻了30%。
面板结合方案
无论何种复合材料都存在一个难题就是面板的结合。不同种类的材料需要通过粘合剂、铆接、机械紧固的方式结合(或3种方法都使用)。
由于车辆外观的需求,铆接并不是理想的材料结合方案。粘合剂结合具有较高强度,不过其干燥过程较长。
新车行李厢门的支撑柱附近由于减少了金属材料的使用,则需要考虑到面板蠕变(材料在一定应力载荷下缓慢发生变形)的问题。对于这个问题,日产在实验室经过了大量的载荷和高温试验。
经过大量的定量分析,材料蠕变程度随时间的变化可以精确地计算得出,保证材料在一定时间的蠕变后性能仍然属于正常范围,与侧面车身钢板和保险杠的间隙也可保证几乎不变。







