手糊产品设计及真空导入成型工艺在汽车领域的应用研究

手糊产品设计及真空导入成型工艺在汽
车领域的应用研究
摘要：手糊玻璃钢制品是指以树脂和玻璃纤维为原料加工而成的成品，其具
有防晒、质坚、耐酸耐碱、易于成型且加工简单等特点，且制成的产品外观鲜艳，色泽亮丽，不锈不烂，深受市场的认可，因此广泛应用于汽车、家居、工程机械、建筑、交通、电讯、航海航天航空等领域。

根据玻璃钢的材料特性，常用的主要
制造工艺有缠绕成型，拉齐成型，模压成型，手糊成型。

本文主要探讨手糊玻璃
钢产品的设计要点及相关成型工艺特点，旨在为手糊制品的在汽车领域上的应用
打开思路。

关键词：手糊；玻璃钢；产品；工艺；真空导入；成型；
1.引言
玻璃钢产品的设计和制造有其特殊性，产品设计除要符合玻璃钢材料本身的
特性之外，还要符合生产设施、整车工艺路线等多种汲涉生产制造方面的具体要求。

如何使产品能够在生产制造过程中“降低制造难度、提高生产效率、实现轻
量化、改善生产环境实现节能减排” 是我们在产品设计工作中需要非常重视的
工作思路。

2.手糊玻璃钢产品一般结构和工艺流程
2.1手糊玻璃钢产品的层间结构
手糊玻璃钢产品一般有四层结构构成，主要是胶衣层、表面毡层、腻子层和
结构层，各层结构的主要作用和位置示意如下图一所示：
（1）胶衣层：产品提供良好的表面质量及耐候性保护。

（2）表面毡（表面要求高的产品需要此层）：减少表面气泡，隔离布纹，平整表面。

由于此层的树脂含量高，所以可以作为产品的防腐层。

（3）腻子层：提高结构层玻璃纤维的贴合能力，减少产品表面下层气泡。

（4）结构层：由树脂和玻璃钢纤维复合固化，是产品的受力主体。

可以根据功能需要，结构成可以细分为防腐层、防老化层、强度层等功能层。

各功能层采用不同特性的玻璃纤维材料铺设。

（图一）
2.2手糊玻璃钢产品的成型过程
简图如下图二所示：
（图二）
2.3手糊玻璃钢产品常用的原材料
手糊成型玻璃钢的主要原材料有：①玻璃纤维制品：主要有表面毡、短切毡、方格布，主要作用是平整表面（使布纹不能透过胶衣层）、减少气泡；②树脂；
③固化剂、促进剂；④填料；⑤颜料糊；⑥其他添加剂，如稀释剂、光稳定剂、
阻燃剂等。

3.手糊玻璃钢产品结构设计基本原则
（1）尽量减少产品数量，尽量整体成型
手糊玻璃钢工艺最显著的特征就是能够把多个零件整体成型，零件数量的减
少可以大大减少装配工时，同时也避免因接口的存在而造成强度下降和质量控制
难度增加；
（2）产品设计必须适应装配工艺的要求
设计结构方案或装配工艺方法时，要使整车的结构方案及装配工艺适合玻璃钢件的生产；
（3）避免大平面设计
糊玻璃钢工艺不可避免地存在收缩变型现象，大平面产品通常会向内凹陷，产品很难达到大平面的质量要求；另一方面，大平面产品的模具制作及维修也比较困难。

应尽量采用弧面，或采用凹/凸装饰筋弱化大平面，同时可以提高产品刚性；
（4）尽量避免平直的棱线设计
汽车造型采用清晰的棱线造型，可以形成一种简洁明快的造型风格。

从工艺上而言，这种平直的棱线在手糊玻璃钢产品的设计中是应该尽量避免的，主要原因为母模制作困难、模具维护困难和棱线处成型困难，如下图三所示。

（图三）
（5）注意过渡圆角设计
手糊工艺考虑，直角和锐角都是应该尽量避免的出现，因为在玻璃钢铺层的时候，在拐角的部位，玻璃钢纤维容易出现离空、不贴合，圆角处设计原则如下图四所示。

（图四）
（6）考虑产品的脱模方向及脱模角，避免反角设计
为了使玻璃钢产品能够顺利脱模，在模具上都需要做出2°~ 3°的脱模角。

在产品设计的时候，要考虑好脱模方向；
（7）注意加强筋、预埋件的预埋位置，不能在平面的背面预埋加强筋。

4.手糊真空导入成型工艺汽车产品上的成功应用
4.1手糊真空导入成型新工艺应用背景
某品牌驾驶室车顶导流罩一直采用手糊玻璃传统工艺生产，生产效率不但低下，且费时费力，零件精度也难以控制，特别是手糊件内表面的外观质量非常差，严重影响整车外观，经常被指摘且造成客户抱怨非常大；另外手糊件由于靠人工
采用滚筒滚压树脂和玻纤，容易造成树脂堆积，局部厚度偏大，零件局部强度和
厚度差异较大，从而导致零件重量偏重，导致整车整车重量增加，间接上增大了
用户行车油耗。

因手糊玻璃钢工艺局限性，其成型过程及产品存在不同程度的缺陷，如生产效率低下、速度慢、生产周期长；产品一致性及稳定性差，造成装车
困难，问题频出；生产环境差，气味大，污染环境；成型的零件厚度差异较大
（一般厚度范围为2mm~6mm），零件刚度和强度局部差异较大；零件内表面感官
质量非常差。

基于以上问题，在汽车产品零件成型工艺上对传统手
糊工艺进行摒弃，引入更先进的手糊真空导入成型新工艺，在改善现有手糊件缺
陷和提升零件品质前提下，降低零件重量同时零件成本不增加；引入手糊真空导
入成型新工艺后，从根本上解决和改善该零件的诸多缺陷，并逐步移植应用到企
业其它手糊件产品上，如手糊玻璃钢顶盖、侧护裙等零件。

4.2手糊真空导入成型新工艺特点和优势
手糊真空导入成型新工艺是一种介于手糊工艺和SMC工艺之间的、适合中等
批量生产的闭模成型技术，其基本原理是将整块玻璃纤维增强材料铺入到闭模的
模腔内，然后从出气口吸出模腔内的空气使模腔内达到真空状态，同时从进液口
注入液态树脂，浸润玻璃纤维增强材料，然后经固化、脱模后形成最后内表面外
观质量、壁厚均匀致密的产品。

其主要工艺有点为：1）胶衣层可为构件提供光滑表面，能制造出具有良好
表面的高精度复杂制品；2）模具制造及选材灵活性大，设备及模具投资小，产
品只需做小的修边，粉尘较小；3）产品铺层过程中可加入嵌件及对局部进行加强；4）制品纤维含量高，孔隙率低（<0.2%）；5）可以生产高性能、尺寸较大、批量中等的产品。

目前，手糊真空导入成型工艺已广泛应用于各个领域，该车型属于首次引入
该工艺。

采用手糊真空导入成型工艺后，该车型的导流罩内表面质量明显改善，
如下图五所示，采用真空导入新工艺成型后，零件内表面外观颜色一致，且比较
规整，改善明显。

手糊
件真空导入成型
件
（图五）
4.3手糊真空导入成型新工艺实现轻量化目标
手糊真空导入成型铺设的纤维布层数是一定的，当模腔内注入树脂后，由于
真空作用，致使零件厚度比较均匀致密，且不存在明显偏薄或偏厚现象，因此该
车型的车顶导流罩在引入手糊真空导入成型后，零件的重量相对原传统纯手糊工艺降低约4.3kg/件，即采用该手糊真空导入成型新工艺后降低了该车型导流罩零件自身重量，使零件更加轻量化。

4.4手糊真空导入成型新工艺实现汽车零件强度提升目标
采用手糊真空导入成型工艺后，由于成型时预铺设的玻纤为整块铺设，而手糊滚压铺设玻纤时采用的小块玻纤布，因此零件整体强度相对手糊件较强，即采用手糊真空导入成型新工艺后使该车型导流罩零件的刚度和强度得到明显提升。

4.5手糊真空导入成型新工艺实现环境友好和节能减排目标
手糊真空导入成型时仅铺设玻纤和放置硅胶模时需人工完成，其余均采用半自动化完成，可以多个模具同时作业（如下图六所示），因此该汽车的导流罩的生产效率得到提升，生产作业环境明显改善。

（图六）
4.6手糊真空导入成型新工艺引入的实现创新型
该汽车品牌的车顶导流罩采用手糊真空导入成型新工艺后，零件内表面外观比较规整，改善非常明显，最重要的是降低M3导流罩零件重量达4.3kg/件，改善外观的同时也做到了零件轻量化改善；相对同类竞品，其产品重量降低，增加了整车竞争优势；此新工艺引入至企业产品上主要创新点为在改善零件外观，增强零件强度和刚度，降低零件重量的同时（经核实零件重量综合可降低
15%~20%），实现了零件成本维持不变且不涉及零件状态变更，一举两得。

4.7手糊真空导入成型新工艺引入实现的间接经济效益
该车型的车顶导流罩手糊真空导入成型工艺应用后，不但改善了导流罩内表面的外观性，而且有助于改善整车品质提升销量。

由于零件重量降低，也一定程度上适应了轻量化的需求。

经对比核算零件重量降低约4.3kg/件，按照一般经验原则，整车每降低100公斤，百公里油耗可以降低0.3-0.6升，按照平均值0.45升计算，卡车行驶里程每年按100000公里测算，柴油价格7.5元/升计算，则每年为用户节约油费4.3/100*0.45*100000/100*7.5=145.1元/车，即每车每年可降低运营成本为145.1元，M3驾驶室带导流罩的车型按每年销量10000台算，因此手糊真空导入成型工艺成功应用可创造经济效益为：145.1*10000=145.1万元/年。

5.小结
本文对于玻璃钢产品设计面向制造最重要的几点问题和设计原则进行了简单的总结介绍，同时对手糊产品中的真空导入成型的应用进行了回顾和总结，其宗旨在于对手糊玻璃钢这种传统工艺，在汽车产品上应用时要打开思路，务必在零件设计、产品结构、工艺成型、环保节能，经济效益上实现综合目标。

参考文献：
［1］李志良．玻璃钢手糊成型工艺．武汉工业大学出版社，1995
［2］杨洪忠．玻璃钢制品手糊工艺 . 国家建材工业职业技能鉴定指导中心． 2003
【基金项目】2019年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目：《一种汽车CAN 总线协议分析仪系统的设计》（2019KY1560）。

【作者简介】刘鑫爽，广西柳州，新能源汽车专业讲师，研究方向为智能控制。

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