玄武巖纖維增強(qiáng)汽車門板，探討其模壓成型工藝優(yōu)化與碰撞吸能特性。通過優(yōu)化工藝參數(shù)，提升門板質(zhì)量與性能。研究顯示，優(yōu)化后門板在低速碰撞中吸能量顯著增加，碰撞力與侵入量降低，質(zhì)量減輕，在汽車輕量化與安全性提升方面潛力巨大，為相關(guān)領(lǐng)域研究提供參考。
一、引言
隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的重視，汽車制造業(yè)正積極尋求更加環(huán)保、高性能的材料來(lái)替代傳統(tǒng)材料。玄武巖纖維作為一種天然、環(huán)保且高性能的新型材料，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕以及良好的隔音隔熱性能等優(yōu)點(diǎn)，在汽車內(nèi)飾件制品領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。汽車門板作為汽車的重要組成部分，其性能直接影響汽車的安全性、舒適性和輕量化水平。因此，研究玄武巖纖維增強(qiáng)汽車門板的模壓成型工藝優(yōu)化與碰撞吸能特性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
二、玄武巖纖維增強(qiáng)汽車門板模壓成型工藝
（一）原材料準(zhǔn)備
玄武巖纖維是制備汽車門板的關(guān)鍵增強(qiáng)材料，其質(zhì)量直接影響門板的性能。在選擇玄武巖纖維時(shí)，需要考慮纖維的長(zhǎng)度、直徑、強(qiáng)度等參數(shù)。同時(shí)，樹脂基體作為粘結(jié)劑，將玄武巖纖維粘結(jié)在一起形成復(fù)合材料。常用的樹脂基體有環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂等，不同的樹脂基體具有不同的性能特點(diǎn)，需要根據(jù)門板的使用要求進(jìn)行選擇。此外，還需要準(zhǔn)備一些輔助材料，如固化劑、脫模劑等。
（二）成型工藝流程
鋪層設(shè)計(jì)：根據(jù)門板的設(shè)計(jì)要求，將玄武巖纖維編織物按照一定的鋪層角度和順序鋪設(shè)在模具中。標(biāo)準(zhǔn)鋪層角度通常為0°、45°、-45°和90°，通過合理的鋪層設(shè)計(jì)可以提高門板的力學(xué)性能。
模具準(zhǔn)備：對(duì)RTM模具進(jìn)行清理，用丙酮對(duì)模具表面進(jìn)行擦拭，去除表面的雜質(zhì)和污垢。然后在上下模具表面及氣缸用無(wú)塵布蘸取脫模劑進(jìn)行涂抹，確保制品能夠順利脫模。
合模：將鋪設(shè)好玄武巖纖維編織物的模具放置在液壓機(jī)上，液壓機(jī)帶動(dòng)模具閉合，依靠導(dǎo)向柱輔助保證上下模位置對(duì)準(zhǔn)。
樹脂注射：將樹脂與固化劑按照一定比例配比，注入靜態(tài)混合器中混合均勻。最終混合后的樹脂在泵的壓力下注射入模具中，使樹脂充分浸潤(rùn)玄武巖纖維編織物。
加熱固化：模具在30min左右均勻升溫至120—135℃，保持此溫度1—1.5h，使樹脂充分固化。
脫模：當(dāng)模具的溫度降低到35—50℃時(shí)進(jìn)行脫模，根據(jù)液壓機(jī)的脫模力對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行脫模。如若產(chǎn)品不宜脫模時(shí)，要將下模具鎖死，加大液壓機(jī)的上工作平臺(tái)脫模力進(jìn)行脫模。
制品切割后處理：使用角磨機(jī)將產(chǎn)品的周邊按照規(guī)定切割余量，并且清理安裝螺母的周圍的積膠以及少許玄武巖纖維絲素。
噴涂：對(duì)制品進(jìn)行噴涂處理，提高門板的外觀質(zhì)量和耐腐蝕性。
（三）工藝參數(shù)優(yōu)化
溫度：溫度是影響樹脂固化反應(yīng)和纖維與樹脂界面結(jié)合的重要因素。通過實(shí)驗(yàn)研究不同溫度對(duì)門板性能的影響，確定最佳的固化溫度范圍。例如，在120—135℃的溫度范圍內(nèi)，樹脂能夠充分固化，同時(shí)纖維與樹脂的界面結(jié)合良好，門板的力學(xué)性能達(dá)到最優(yōu)。
壓力：壓力可以保證樹脂充分浸潤(rùn)纖維編織物，提高制品的致密性和力學(xué)性能。通過調(diào)整液壓機(jī)的壓力參數(shù)，研究不同壓力對(duì)門板性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)膲毫梢蕴岣唛T板的強(qiáng)度和剛度，但壓力過大可能會(huì)導(dǎo)致纖維斷裂和樹脂流失。
時(shí)間：固化時(shí)間對(duì)樹脂的固化程度和門板的性能也有重要影響。通過實(shí)驗(yàn)確定最佳的固化時(shí)間，確保樹脂完全固化，同時(shí)避免過長(zhǎng)的固化時(shí)間導(dǎo)致能源浪費(fèi)和生產(chǎn)效率降低。
三、玄武巖纖維增強(qiáng)汽車門板碰撞吸能特性
（一）實(shí)驗(yàn)方法
采用低速碰撞實(shí)驗(yàn)對(duì)玄武巖纖維增強(qiáng)汽車門板的碰撞吸能特性進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)中，使用一定質(zhì)量和速度的撞擊物對(duì)門板進(jìn)行撞擊，記錄門板在撞擊過程中的變形、吸能量、碰撞力等參數(shù)。通過改變撞擊物的質(zhì)量和速度，研究不同工況下門板的碰撞吸能特性。
（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
吸能量：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，玄武巖纖維增強(qiáng)汽車門板在低速碰撞中具有較高的吸能量。與傳統(tǒng)的金屬門板相比，玄武巖纖維增強(qiáng)門板的吸能量顯著增加。這是由于玄武巖纖維具有高強(qiáng)度和高模量的特點(diǎn)，能夠在碰撞過程中吸收更多的能量。
碰撞力：玄武巖纖維增強(qiáng)門板在碰撞過程中受到的碰撞力較低。這是因?yàn)樾鋷r纖維的韌性較好，能夠在碰撞過程中發(fā)生一定的變形，從而緩解碰撞力的作用。同時(shí)，樹脂基體與纖維之間的界面結(jié)合良好，能夠有效地傳遞應(yīng)力，提高門板的整體強(qiáng)度。
侵入量：門板在碰撞過程中的侵入量較小，說(shuō)明玄武巖纖維增強(qiáng)門板具有較好的抗變形能力。這有助于保護(hù)車內(nèi)乘客的安全，減少碰撞對(duì)乘客的傷害。
質(zhì)量：玄武巖纖維增強(qiáng)汽車門板的質(zhì)量較輕，符合汽車輕量化的要求。與傳統(tǒng)的金屬門板相比，玄武巖纖維增強(qiáng)門板的質(zhì)量可減輕20%—30%，有助于提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和續(xù)航能力。
（三）與其他材料的對(duì)比
將玄武巖纖維增強(qiáng)汽車門板與鋼制防撞梁和碳纖維復(fù)合材料防撞梁進(jìn)行對(duì)比。在低速碰撞工況下，玄武巖纖維復(fù)合材料防撞梁的吸能量顯著增加，對(duì)比鋼制防撞梁結(jié)構(gòu)，玄武巖纖維的吸能量提升7.96%，碰撞力下降了11.82%，侵入量減少了15.59%，在保證改善低速碰撞性能的同時(shí)，防撞梁整體質(zhì)量減少21.0254%。對(duì)比碳纖維防撞梁，玄武巖纖維本身強(qiáng)度低于碳纖維，而密度大于碳纖維，若在同等碰撞指標(biāo)要求下，比如侵入量，要求玄武巖鋪層數(shù)更多，導(dǎo)致玄武巖纖維質(zhì)量較碳纖維有一定程度上升，但最終確定的玄武巖纖維防撞梁的侵入量與碰撞力與碳纖維復(fù)合材料性能差距不大（碰撞力4.5%、侵入量2.65%），同時(shí)玄武巖纖維防撞梁的吸能量較碳纖維防撞梁有明顯改善。從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，碳纖維和玄武巖纖維的成本都要高于鋼，但是玄武巖的成本僅為碳纖維成本的1/4—1/5，在不過分要求碰撞性能的前提下，玄武巖纖維材料在汽車前防撞梁上具備更廣闊的前景。
四、結(jié)論與展望
（一）結(jié)論
本研究通過對(duì)玄武巖纖維增強(qiáng)汽車門板模壓成型工藝的優(yōu)化，提高了門板的質(zhì)量和性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化后的門板在低速碰撞中具有較高的吸能量、較低的碰撞力和侵入量，同時(shí)質(zhì)量較輕，符合汽車輕量化和安全性的要求。與其他材料相比，玄武巖纖維增強(qiáng)汽車門板在性能和經(jīng)濟(jì)性方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。
（二）展望
未來(lái)，可以進(jìn)一步研究玄武巖纖維與其他增強(qiáng)材料的復(fù)合使用，以提高門板的綜合性能。例如，將玄武巖纖維與碳纖維、玻璃纖維等進(jìn)行復(fù)合，發(fā)揮不同纖維的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)性能的互補(bǔ)。同時(shí)，可以優(yōu)化門板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高其抗碰撞能力和吸能效率。此外，還可以開展玄武巖纖維增強(qiáng)汽車門板的大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)研究，降低生產(chǎn)成本，推動(dòng)其在汽車工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。
