玄武巖纖維增強汽車門板，探討其模壓成型工藝優化與碰撞吸能特性。通過優化工藝參數，提升門板質量與性能。研究顯示，優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，質量減輕，在汽車輕量化與安全性提升方面潛力巨大，為相關領域研究提供參考。
一、引言
隨著全球對環境保護和可持續發展的重視，汽車制造業正積極尋求更加環保、高性能的材料來替代傳統材料。玄武巖纖維作為一種天然、環保且高性能的新型材料，具有輕質、高強度、耐高溫、耐腐蝕以及良好的隔音隔熱性能等優點，在汽車內飾件制品領域展現出巨大的應用潛力。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汽車門板的模壓成型工藝優化與碰撞吸能特性具有重要的現實意義。
二、玄武巖纖維增強汽車門板模壓成型工藝
（一）原材料準備
玄武巖纖維是制備汽車門板的關鍵增強材料，其質量直接影響門板的性能。在選擇玄武巖纖維時，需要考慮纖維的長度、直徑、強度等參數。同時，樹脂基體作為粘結劑，將玄武巖纖維粘結在一起形成復合材料。常用的樹脂基體有環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂等，不同的樹脂基體具有不同的性能特點，需要根據門板的使用要求進行選擇。此外，還需要準備一些輔助材料，如固化劑、脫模劑等。
（二）成型工藝流程
鋪層設計：根據門板的設計要求，將玄武巖纖維編織物按照一定的鋪層角度和順序鋪設在模具中。標準鋪層角度通常為0°、45°、-45°和90°，通過合理的鋪層設計可以提高門板的力學性能。
模具準備：對RTM模具進行清理，用丙酮對模具表面進行擦拭，去除表面的雜質和污垢。然后在上下模具表面及氣缸用無塵布蘸取脫模劑進行涂抹，確保制品能夠順利脫模。
合模：將鋪設好玄武巖纖維編織物的模具放置在液壓機上，液壓機帶動模具閉合，依靠導向柱輔助保證上下模位置對準。
樹脂注射：將樹脂與固化劑按照一定比例配比，注入靜態混合器中混合均勻。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：當模具的溫度降低到35—50℃時進行脫模，根據液壓機的脫模力對產品進行脫模。如若產品不宜脫模時，要將下模具鎖死，加大液壓機的上工作平臺脫模力進行脫模。
制品切割后處理：使用角磨機將產品的周邊按照規定切割余量，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：對制品進行噴涂處理，提高門板的外觀質量和耐腐蝕性。
（三）工藝參數優化
溫度：溫度是影響樹脂固化反應和纖維與樹脂界面結合的重要因素。通過實驗研究不同溫度對門板性能的影響，確定最佳的固化溫度范圍。例如，在120—135℃的溫度范圍內，樹脂能夠充分固化，同時纖維與樹脂的界面結合良好，門板的力學性能達到最優。
壓力：壓力可以保證樹脂充分浸潤纖維編織物，提高制品的致密性和力學性能。通過調整液壓機的壓力參數，研究不同壓力對門板性能的影響。實驗結果表明，適當的壓力可以提高門板的強度和剛度，但壓力過大可能會導致纖維斷裂和樹脂流失。
時間：固化時間對樹脂的固化程度和門板的性能也有重要影響。通過實驗確定最佳的固化時間，確保樹脂完全固化，同時避免過長的固化時間導致能源浪費和生產效率降低。
三、玄武巖纖維增強汽車門板碰撞吸能特性
（一）實驗方法
采用低速碰撞實驗對玄武巖纖維增強汽車門板的碰撞吸能特性進行研究。實驗中，使用一定質量和速度的撞擊物對門板進行撞擊，記錄門板在撞擊過程中的變形、吸能量、碰撞力等參數。通過改變撞擊物的質量和速度，研究不同工況下門板的碰撞吸能特性。
（二）實驗結果與分析
吸能量：實驗結果表明，玄武巖纖維增強汽車門板在低速碰撞中具有較高的吸能量。與傳統的金屬門板相比，玄武巖纖維增強門板的吸能量顯著增加。這是由于玄武巖纖維具有高強度和高模量的特點，能夠在碰撞過程中吸收更多的能量。
碰撞力：玄武巖纖維增強門板在碰撞過程中受到的碰撞力較低。這是因為玄武巖纖維的韌性較好，能夠在碰撞過程中發生一定的變形，從而緩解碰撞力的作用。同時，樹脂基體與纖維之間的界面結合良好，能夠有效地傳遞應力，提高門板的整體強度。
侵入量：門板在碰撞過程中的侵入量較小，說明玄武巖纖維增強門板具有較好的抗變形能力。這有助于保護車內乘客的安全，減少碰撞對乘客的傷害。
質量：玄武巖纖維增強汽車門板的質量較輕，符合汽車輕量化的要求。與傳統的金屬門板相比，玄武巖纖維增強門板的質量可減輕20%—30%，有助于提高汽車的燃油經濟性和續航能力。
（三）與其他材料的對比
將玄武巖纖維增強汽車門板與鋼制防撞梁和碳纖維復合材料防撞梁進行對比。在低速碰撞工況下，玄武巖纖維復合材料防撞梁的吸能量顯著增加，對比鋼制防撞梁結構，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，防撞梁整體質量減少21.0254%。對比碳纖維防撞梁，玄武巖纖維本身強度低于碳纖維，而密度大于碳纖維，若在同等碰撞指標要求下，比如侵入量，要求玄武巖鋪層數更多，導致玄武巖纖維質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合材料性能差距不大（碰撞力4.5%、侵入量2.65%），同時玄武巖纖維防撞梁的吸能量較碳纖維防撞梁有明顯改善。從經濟性方面考慮，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、結論與展望
（一）結論
本研究通過對玄武巖纖維增強汽車門板模壓成型工藝的優化，提高了門板的質量和性能。實驗結果表明，優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，同時質量較輕，符合汽車輕量化和安全性的要求。與其他材料相比，玄武巖纖維增強汽車門板在性能和經濟性方面具有一定的優勢。
（二）展望
未來，可以進一步研究玄武巖纖維與其他增強材料的復合使用，以提高門板的綜合性能。例如，將玄武巖纖維與碳纖維、玻璃纖維等進行復合，發揮不同纖維的優勢，實現性能的互補。同時，可以優化門板的結構設計，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汽車門板的大規模生產技術研究，降低生產成本，推動其在汽車工業中的廣泛應用。
