玄武岩纤维增强汽车门板，探讨其模压成型工艺优化与碰撞吸能特性。通过优化工艺参数，提升门板质量与性能。研究显示，优化后门板在低速碰撞中吸能量显著增加，碰撞力与侵入量降低，质量减轻，在汽车轻量化与安全性提升方面潜力巨大，为相关领域研究提供参考。
一、引言
随着全球对环境保护和可持续发展的重视，汽车制造业正积极寻求更加环保、高性能的材料来替代传统材料。玄武岩纤维作为一种天然、环保且高性能的新型材料，具有轻质、高强度、耐高温、耐腐蚀以及良好的隔音隔热性能等优点，在汽车内饰件制品领域展现出巨大的应用潜力。汽车门板作为汽车的重要组成部分，其性能直接影响汽车的安全性、舒适性和轻量化水平。因此，研究玄武岩纤维增强汽车门板的模压成型工艺优化与碰撞吸能特性具有重要的现实意义。
二、玄武岩纤维增强汽车门板模压成型工艺
（一）原材料准备
玄武岩纤维是制备汽车门板的关键增强材料，其质量直接影响门板的性能。在选择玄武岩纤维时，需要考虑纤维的长度、直径、强度等参数。同时，树脂基体作为粘结剂，将玄武岩纤维粘结在一起形成复合材料。常用的树脂基体有环氧树脂、不饱和聚酯树脂等，不同的树脂基体具有不同的性能特点，需要根据门板的使用要求进行选择。此外，还需要准备一些辅助材料，如固化剂、脱模剂等。
（二）成型工艺流程
铺层设计：根据门板的设计要求，将玄武岩纤维编织物按照一定的铺层角度和顺序铺设在模具中。标准铺层角度通常为0°、45°、-45°和90°，通过合理的铺层设计可以提高门板的力学性能。
模具准备：对RTM模具进行清理，用丙酮对模具表面进行擦拭，去除表面的杂质和污垢。然后在上下模具表面及气缸用无尘布蘸取脱模剂进行涂抹，确保制品能够顺利脱模。
合模：将铺设好玄武岩纤维编织物的模具放置在液压机上，液压机带动模具闭合，依靠导向柱辅助保证上下模位置对准。
树脂注射：将树脂与固化剂按照一定比例配比，注入静态混合器中混合均匀。最终混合后的树脂在泵的压力下注射入模具中，使树脂充分浸润玄武岩纤维编织物。
加热固化：模具在30min左右均匀升温至120—135℃，保持此温度1—1.5h，使树脂充分固化。
脱模：当模具的温度降低到35—50℃时进行脱模，根据液压机的脱模力对产品进行脱模。如若产品不宜脱模时，要将下模具锁死，加大液压机的上工作平台脱模力进行脱模。
制品切割后处理：使用角磨机将产品的周边按照规定切割余量，并且清理安装螺母的周围的积胶以及少许玄武岩纤维丝素。
喷涂：对制品进行喷涂处理，提高门板的外观质量和耐腐蚀性。
（三）工艺参数优化
温度：温度是影响树脂固化反应和纤维与树脂界面结合的重要因素。通过实验研究不同温度对门板性能的影响，确定最佳的固化温度范围。例如，在120—135℃的温度范围内，树脂能够充分固化，同时纤维与树脂的界面结合良好，门板的力学性能达到最优。
压力：压力可以保证树脂充分浸润纤维编织物，提高制品的致密性和力学性能。通过调整液压机的压力参数，研究不同压力对门板性能的影响。实验结果表明，适当的压力可以提高门板的强度和刚度，但压力过大可能会导致纤维断裂和树脂流失。
时间：固化时间对树脂的固化程度和门板的性能也有重要影响。通过实验确定最佳的固化时间，确保树脂完全固化，同时避免过长的固化时间导致能源浪费和生产效率降低。
三、玄武岩纤维增强汽车门板碰撞吸能特性
（一）实验方法
采用低速碰撞实验对玄武岩纤维增强汽车门板的碰撞吸能特性进行研究。实验中，使用一定质量和速度的撞击物对门板进行撞击，记录门板在撞击过程中的变形、吸能量、碰撞力等参数。通过改变撞击物的质量和速度，研究不同工况下门板的碰撞吸能特性。
（二）实验结果与分析
吸能量：实验结果表明，玄武岩纤维增强汽车门板在低速碰撞中具有较高的吸能量。与传统的金属门板相比，玄武岩纤维增强门板的吸能量显著增加。这是由于玄武岩纤维具有高强度和高模量的特点，能够在碰撞过程中吸收更多的能量。
碰撞力：玄武岩纤维增强门板在碰撞过程中受到的碰撞力较低。这是因为玄武岩纤维的韧性较好，能够在碰撞过程中发生一定的变形，从而缓解碰撞力的作用。同时，树脂基体与纤维之间的界面结合良好，能够有效地传递应力，提高门板的整体强度。
侵入量：门板在碰撞过程中的侵入量较小，说明玄武岩纤维增强门板具有较好的抗变形能力。这有助于保护车内乘客的安全，减少碰撞对乘客的伤害。
质量：玄武岩纤维增强汽车门板的质量较轻，符合汽车轻量化的要求。与传统的金属门板相比，玄武岩纤维增强门板的质量可减轻20%—30%，有助于提高汽车的燃油经济性和续航能力。
（三）与其他材料的对比
将玄武岩纤维增强汽车门板与钢制防撞梁和碳纤维复合材料防撞梁进行对比。在低速碰撞工况下，玄武岩纤维复合材料防撞梁的吸能量显著增加，对比钢制防撞梁结构，玄武岩纤维的吸能量提升7.96%，碰撞力下降了11.82%，侵入量减少了15.59%，在保证改善低速碰撞性能的同时，防撞梁整体质量减少21.0254%。对比碳纤维防撞梁，玄武岩纤维本身强度低于碳纤维，而密度大于碳纤维，若在同等碰撞指标要求下，比如侵入量，要求玄武岩铺层数更多，导致玄武岩纤维质量较碳纤维有一定程度上升，但最终确定的玄武岩纤维防撞梁的侵入量与碰撞力与碳纤维复合材料性能差距不大（碰撞力4.5%、侵入量2.65%），同时玄武岩纤维防撞梁的吸能量较碳纤维防撞梁有明显改善。从经济性方面考虑，碳纤维和玄武岩纤维的成本都要高于钢，但是玄武岩的成本仅为碳纤维成本的1/4—1/5，在不过分要求碰撞性能的前提下，玄武岩纤维材料在汽车前防撞梁上具备更广阔的前景。
四、结论与展望
（一）结论
本研究通过对玄武岩纤维增强汽车门板模压成型工艺的优化，提高了门板的质量和性能。实验结果表明，优化后的门板在低速碰撞中具有较高的吸能量、较低的碰撞力和侵入量，同时质量较轻，符合汽车轻量化和安全性的要求。与其他材料相比，玄武岩纤维增强汽车门板在性能和经济性方面具有一定的优势。
（二）展望
未来，可以进一步研究玄武岩纤维与其他增强材料的复合使用，以提高门板的综合性能。例如，将玄武岩纤维与碳纤维、玻璃纤维等进行复合，发挥不同纤维的优势，实现性能的互补。同时，可以优化门板的结构设计，提高其抗碰撞能力和吸能效率。此外，还可以开展玄武岩纤维增强汽车门板的大规模生产技术研究，降低生产成本，推动其在汽车工业中的广泛应用。
