廂式車輕型蜂窩板性能研究及應用

揚州中集通華專用車有限公司 鄔世鋒

廂式車輕型蜂窩板性能研究及應用

揚州中集通華專用車有限公司 鄔世鋒

近年來，由于國家實施了燃油附加稅和高速公路計重收費政策，自重大、承載能力小、能耗高的車輛被逐漸淘汰。為適應市場需求，國內各專用車生產企業不斷推出各種輕量化的專用車產品。然而，很多輕量化的車輛只是在原重型車基礎上簡單的將材料壁厚減薄。由于過多地追求自重的降低，而忽視了可靠性，結果大大降低了車輛的使用壽命，質量問題頻出，有的車輛使用兩年就報廢，造成了資源浪費。

目前專用車輕量化研究主要有兩個方向：一是功能和結構的優化，二是新型輕量化材料的研制和應用。采用新型輕量化材料代替傳統材料是專用車技術升級的重要課題，在各類輕量化材料中，輕型蜂窩板材料具有較高的研究和應用價值。

蜂窩板材料的發展過程

蜂窩是自然界中一種強度高、質量輕的特殊結構，天然蜂窩成份是蜜蜂分泌的蜂蠟，它由無數個大小相同的六邊形孔組成，相鄰的孔公用一堵側壁，結構非常緊密和規整，如圖1所示。

由于蜂窩具有非常完美的結構強度，多年來，人類一直致力于蜂窩結構的仿生學應用研究。從上個世紀50年代開始，蜂窩材料逐漸應用到工業領域，其中鋁蜂窩板的發明給航空業的發展帶來了革命。由于鋁蜂窩板制造和加工困難，成本較高，目前主要應用于飛機和高速火車等高科技、高附加值產品領域。在專用車領域，主要應用于特殊部件和特種高端車輛，在普通專用車上應用較少。

隨著制造技術的發展，采用化工樹脂原料生產的蜂窩板開始運用于廂式車廂體的制造，目前樹脂蜂窩板材料主要有玻璃鋼蜂窩板和熱塑性蜂窩板，而熱塑性蜂窩板是新近發展起來的高效新型蜂窩板材料。

樹脂蜂窩板材料介紹

1.樹脂蜂窩板綜合性能

與普通廂式車采用的瓦楞鋼板、玻璃鋼木夾板和鋁合金小波紋板相比，樹脂蜂窩板具有較好的綜合性能：

a.質量輕，強度高，尤其是抗彎剛度高，樹脂蜂窩板的抗彎剛度是同等質量鋁合金板的5倍以上，或是同等質量鋼板的10倍以上。

b.樹脂蜂窩板芯材的中空和薄板結構使其具有低導熱性，可以作為隔熱和保溫構件使用。

c.具有高回彈和抗沖擊性能，由于樹脂蜂窩芯密閉空腔的高回彈性能以及面板的高強度，一般輕微碰撞不會造成損壞。

d.具有良好的隔音降噪性能，由于蜂窩板中間的蜂窩芯將板內空間分隔成眾多的密閉空腔，阻止了空氣流動，使聲波的傳播受到阻礙。

e.樹脂蜂窩板加工性能好，切割方便。

2.玻璃鋼蜂窩板結構和特點

玻璃鋼蜂窩板由上下玻璃鋼面板和中間樹脂蜂窩芯組成，通過涂膠真空加壓粘接一起，如圖2所示 。

目前常用的玻璃鋼復合板中間層為多層木夾板，玻璃鋼蜂窩板是一種新的替代材料，它的應用一方面可減少木材消耗，保護環境，另一方面可以有效地降低自重，同規格的玻璃鋼蜂窩板是常規玻璃鋼復合板自重的一半。

玻璃鋼蜂窩板還具有以下優點：

a.通過采用不同厚度蜂窩芯，可制作不同厚度蜂窩板，適合不同規格廂式車需求；

b.板材外表的玻璃鋼膠衣有多種顏色選擇，不需要油漆，且顏色不易脫落褪色；

c.制作工藝簡單，板材長寬尺寸可隨意定制，材料利用率高。

玻璃鋼蜂窩板缺點：板材制作膠體固化時間長，效率低，成本相對較高。

3.熱塑性蜂窩板結構和特點

熱塑型蜂窩板是由外層面板、玻璃纖維、內層面板和中間樹脂蜂窩芯通過加熱加壓熱熔而成，如圖3所示，其中面板和蜂窩芯材料都為PP（聚丙烯）材料。熱合后，面板和玻璃纖維相互交織，并與蜂窩芯材融合成一體，連接非常緊密。

熱塑型蜂窩板具有以下優點：

a.自重更輕，如厚度25 mm熱塑型蜂窩板每平方米質量只有4 kg；

b.防水防潮，材料內層蜂窩結構為眾多密閉小倉，即使表面局部破損也不會產生大面積吸水，而常規復合板內層為泡沫板或木夾板，表面局部破損后，內層容易吸水滲透，從而引起板料腐蝕或分層；

c.耐候性強，面板為增強玻璃纖維和PP塑性材料融合體，使用溫度在－40℃~80℃范圍，可以適應大多數氣候條件；

d.食品級，由于PP（聚丙烯）抗化學侵蝕性強，對油脂、鹽水及常用化學品具有很高的抗腐蝕性，無異味，可應用于運送食品的廂式車；

e. 循環再利用，熱塑材料報廢后可以破碎造粒循環再利用，降低對環境的污染。

4.廂式車廂板材料質量對比

廂式車常用廂板材料和樹脂蜂窩板材料單位面積質量的對比，見表1。

表1 廂式車廂板材料質量對比表

通過上述對比可見，樹脂蜂窩板材料單位面積質量較小，特別是熱塑型蜂窩板在輕量化方面優勢最為顯著。

5.玻璃鋼蜂窩板和熱塑型蜂窩板性能對比

對于玻璃鋼蜂窩板和熱塑型蜂窩板，雖然兩種蜂窩板內層都為樹脂蜂窩芯材，但由于結構和工藝不同，其性能也有較大差別，通過對兩種材料進行對比試驗，獲得試驗數據見表2。

表2 玻璃鋼蜂窩板和熱塑型蜂窩板對比試驗數據

由于玻璃鋼蜂窩板和熱塑型蜂窩板厚度系列不同，兩種試樣厚度不同，所以通過上述對比試驗數據可見，熱塑型蜂窩板強度、抗沖擊性能以及板層之間結合緊密度都優于玻璃鋼蜂窩板。

熱塑型蜂窩板的應用

通過以上分析，熱塑型蜂窩板在廂式車產品輕量化和車輛結構優化方面具有較強的優勢，其應用前景非常廣闊，下面介紹兩個成功的應用實例。

1.翼開啟廂式半掛車

翼開啟廂式半掛車具有容積大、裝卸貨物效率高的優勢，特別適合汽車零部件等托盤貨物的運輸，該車的兩側廂板為活動飛翼，裝卸貨物時，通過液壓油缸舉升飛翼。常用的飛翼廂板結構有兩種：一種為鋼制框架外蒙鋁合金小波紋板，通過實芯鉚釘連接；另一種為鋼制瓦楞板結構。

目前國家新的公告管理規定已將翼開啟廂式半掛車允許最大車長由13 000 mm增加到14 600 mm。廂體加長后，飛翼長度也相應加長，由于飛翼加長和自重的增加，飛翼舉升后撓度急劇加大。為解決飛翼加長后帶來的強度減弱，按一般設計方案，需要將飛翼分成前后兩段或對飛翼進行整體結構加強，此兩種方案都會帶來半掛車自重的大幅增加。

利用熱塑型蜂窩板質量輕、剛度好的特點，采用整張蜂窩板制作飛翼，能很好地解決這一難題。圖4所示為一款車長14 600 mm翼開啟廂式半掛車的應用實例，在滿足飛翼功能的前提下實現了產品輕量化。

2.全封閉廂式車

全封閉廂式車是廂式車中使用量最大的產品，隨著網絡購物的迅猛發展，快遞郵件包裹的物流量大幅增加，運輸企業需要更多容積大、能耗低、性價比高的輕型廂式車參與物流競爭。

圖5所示為一款廂長9 600 mm熱塑型蜂窩板廂式車的應用實例，廂體的頂板、前廂板、左右側板和后門都采用熱塑型蜂窩板制作，該車比同規格的瓦楞板廂式車減重700~800 kg。

結語

熱塑性蜂窩板在產品輕量化和結構強度方面具有較強優勢，10多年前國外已開始應用熱塑性蜂窩板制作廂式車，但由于熱塑性蜂窩板生產工藝復雜，設備投資大，使用該材料必須依賴進口，價格非常昂貴，在國內專用車上一直沒有應用。目前國內已有專業廠家開始生產適合廂式車使用的熱塑性蜂窩板，為該材料的應用創造了條件。

通過對熱塑性蜂窩板性能和應用的研究，開發更多采用輕型蜂窩板材料的廂式車產品，可進一步促進專用車技術的發展。