抗沖擊、輕盈、低成本聚氨酯的內模箔片發(fā)泡
時間:2005-07-06
智能型配方的復合材料在汽車業(yè)正被越來越多的人所關注。這種發(fā)展的驅動力不只是在某些時候它有可能實現(xiàn)真正的重量減輕。實實在在的主要原因也是因為通過持續(xù)地應用先進的配方概念所帶來的經濟上優(yōu)點。這里的關鍵詞是綜合功能的可能性和模塊化日增的趨勢。 內模發(fā)泡箔片代表著一種特別具有前途的材料組成。將塑料箔片與聚氨酯內模箔片結合在一起的組成現(xiàn)在產生出一種令人注意的性能。它們結合了輕質、高穩(wěn)定性和高品質表面，這令費錢的上漆步驟顯得多余。
低成本下的高品質表面
箔片技術在汽車技術以外有著實在的未來潛能，現(xiàn)在已經達到運行成熟境界。“表面質量優(yōu)良，但成本要盡可能低”的困境使目標沖突的塑料工程師們坐在一起，這可以通過內模箔片注塑和內模發(fā)泡得到完美解決。依靠高品質箔片成功應用，這種方法已經被帶入到汽車領域，在其它領域中，一方面它有賴于在原料和箔片成本之間找到經濟上的平衡，而另一方面有賴于在表面質量上的要求。
由4層材料組合所構成的冰箱前門是一個例子（圖1），意大利GMP公司以兩步法生產出來的，借助了兩個聚氨酯系統(tǒng)和優(yōu)質熱塑性箔片。在這里，核心生產步驟是利用真空熱成型方法的熱塑性箔片內模發(fā)泡，箔片的4mm厚層由拜耳出品的微孔Baydur60所組成。一個抗彎折的碗狀物在這里形成，甚至不需要額外的嵌入式增強物，這個碗也是非常穩(wěn)定的。在隨后的制造步驟中，PU絕緣泡沫被插入。
在這個被GMP公司叫做FPT（箔狀PU技術）過程的制造方法中，內模箔片發(fā)泡的一些優(yōu)點已經變得清楚。因為這種深拉、隨意著色的箔片有著突出的表面性能，并消除了隨后的上漆步驟，所以與隨后需要費錢上漆的傳統(tǒng)PUrim(反應注塑)相比，生產成本可以降低30%。而且，高度自動化的FPT過程有著較高的生產能力，并為設計師提供了PU的典型優(yōu)點。所以在復合物的聚氨酯部分中，壁厚有可能出現(xiàn)劇增。除此以外，被塑件的尺寸可以相當隨意地確定。
纖維增強物增加潛力
由此很清楚，利用融合了聚氨酯發(fā)泡材料的內模箔片發(fā)泡技術幾乎是為家居、衛(wèi)浴和高檔娛樂電子產品而預定的。如果以纖維增強系統(tǒng)而不是非增強型聚氨酯為參考，它們的潛力被最大地擴展。這實際就是新型FFT（箔狀纖維PU技術）過程的核心點，這也是由GMP公司所開發(fā)出來的，并獲得了專利。
GMP公司的開發(fā)人員和工程人員滿足了建筑設備和家用機械工業(yè)的需求：
◆ 塑件的重量和成本降低；
◆ 工藝的生產能力高；
◆ 良好而美觀的表面；
◆ 高水平的機械性能；
◆ 質量穩(wěn)定；
◆ 接近金屬的膨脹系數(shù)，裝配簡便。
纖維增強物大大地提高了被塑件的強度和尺寸穩(wěn)定性。增強型PU材料因為良好的機械性能，可以小的壁厚而為人注意。利用FFT技術生產出來的塑件具有適用于小壁厚的高硬度值，圖2在對不同材料的比較中確定這一點。
FFT部件被設計得略厚，目的是獲得相同的“結構性”韌度。在FFT過程中生產出來的PU塑件密度明顯較低，除了較大的塑件厚度，它還提供明顯降低的重量。圖3清楚表明了重量優(yōu)勢。該圖也表明，F(xiàn)FT塑件與SMC塑件相比，密度較低，而抗沖擊性相同。
FFT塑件還具有的特色有：表面硬度優(yōu)良、耐化學腐蝕、電氣性能良好、熱膨脹系數(shù)低、隔熱隔音效果優(yōu)良。
易于噴涂處理
在FFT制造方法中，粗紗布上引出的玻纖在混料頭中被計量。隨后利用機械手把混合物噴涂在一個敞開模具中的熱塑性箔片之上。一般的玻纖含量在15-40%之間，一般的纖維長度在25-50mm之間。但是對于特殊用途，可以應用完全不同的量。在施加了這種混合物以后，模具被閉上，聚氨酯發(fā)泡、硬化、并與仍保持在較高溫度之下的箔片材料形成一種穩(wěn)固持久的聯(lián)結。
這種PU技術與PU RIM工藝相比已為人所知的優(yōu)勢可以自然地被用于FFT步驟中。所以壁厚增加可以輕松地形成。加入其它的金屬增強物通常是不必要的，但卻是仍有可能的。
裝配件如螺母和絞鏈自然是由液體聚氨酯發(fā)泡而成的，并被牢固地與塑件聯(lián)結在一起。利用FFT工藝制作出來的產品另外還展現(xiàn)出更大的多功能性，因為通過變化玻纖含量和玻纖長度，有可能實現(xiàn)顧客定制彈性、強度和沖擊強度的塑件。新工藝的一個優(yōu)點是 ：可以變化玻纖長度和玻纖含量，同時又把PU混合物施加到熱塑性箔片上。由此，特別受力的地方可以這樣的方式被增強，不會有問題。
性價比高的多功能箔片
FFT技術關注于以PVC或PET-G為基礎的材料，表面質量有著多種選擇。在成形之前自然涂加的高性能聚丙烯酸涂層賜予箔片良好表面性能、優(yōu)良表面硬度和耐刮性、良好化學品穩(wěn)定性（如抗清潔劑或乙醇）。在成型過程中，肉眼可見的箔片表面被一片可移動的50mm厚PE-LD箔片所格外保護。
對于外部應用，GMP公司利用的是PVDF材料。合適的被塑件有以下特征：
● 光澤度達80%（反射角60°）；
● 紫外光誘發(fā)的光澤損失<4%；
● 表面硬度小于鉛筆F級；
● 與油接觸24小時后無變化；
● 與烴類接觸24小時后無變化；
● 與水接觸100小時后無變化；
● 堿介質中穩(wěn)定；
● 酸介質中穩(wěn)定。
玻纖增強型聚氨酯與兩個箔片完美地附著在一起，一片用于內部，一片用于外部，且不會出現(xiàn)分層。
高生產能力
FFT技術和FPT技術完全消除了所有的涂漆步驟。與傳統(tǒng)工藝相比，這產生出較短的整體周期時間。在一個有著四個工位的簡易生產工廠里，每個工位可以一天兩班地生產出100至120個塑件。對于這樣的一個工廠，可以達到10萬只塑件的年度生產能力。
模具小和初始成本低也是這種工藝的令人信服的經濟性。所以聚氨酯技術能夠利用特別經濟的鋁質模具，因為模內壓力低。這不僅在成本計算中變得明顯，而且使加工廠能對變化了的市場趨勢做出更為靈活的反應。
FFT工藝為箔片技術打開了更寬廣的用途，它依靠的是實在的穩(wěn)定性、極佳的經濟性和優(yōu)良表面質量，不必符合A級表面的需要。這種用途的一個范例是建筑和農用機械的車身部件，如挖掘機（圖4）或拖拉機（圖5）。這里受關注的焦點不是高光澤的漆層，而首先是持久的表面質量、低重量和經濟性制造。
結實光亮的無漆層表面
主圖顯示的是通過FFT技術，由GMP公司為日本Komatsu公司所制造的挖掘機引擎罩。
這種車輛的大型引擎罩以前是由GMP公司以反應注塑（RIM）聚氨酯而制造出來的。轉而使用FFT制造方法的原因一方面是想塑件有更佳的穩(wěn)定性，而另一方面是有必要發(fā)掘更深入的成本優(yōu)勢。
在傳統(tǒng)的RIM工藝中，引擎罩是以單一工件被制造出來的。內部填充物隨后被粘結在一起。而現(xiàn)在對于FFT技術，引擎罩的側邊部件和頂部被分別制造，隨后被組裝。新型引擎罩的優(yōu)點是車子側邊也可用玻纖進行增強。
早在設計階段，F(xiàn)FT塑件就因更為經濟和更能機械承載而受得普遍的歡迎。尺寸740mm×1500mm×750mm、重量12kg的FFT挖掘機引擎罩由三個分開的部件所組成，厚度為3.5至4mm。FFT解決方案的穩(wěn)固度在跌落試驗中特別清楚地表現(xiàn)出來。FFT引擎罩可承受較高的負荷。FFT引擎罩的表面韌度高得足以經受不嚴重的事故，而不會有損壞。
這項工程中的模內箔片發(fā)泡技術在經濟上也是令人信服的。整個生產包括了較低的模具成本（鋁質模具）、利用FFT工藝每班較高的生產量、不用漆層，引擎罩的生產成本可以明顯降下來。根據(jù)GMP的內部計算，這些成本約低了30%。
迄今為止尚未討論的一個方面是環(huán)境適應性。通過節(jié)省后續(xù)的涂漆，從而在整個工藝鏈中不含溶劑，所以FFT工藝可以被看作更加不具污染性。所以，不僅因為較輕重量、較低成本和出眾的機械性能，而且因為環(huán)境影響性更小，F(xiàn)FT塑件在建筑車輛和農用機械領域可更好地取代傳統(tǒng)的外部件材料。而且，對于那些希望開發(fā)出產量高、起動投資少的生產的廠家來說，F(xiàn)FT生產工廠是具有吸引力的。這種車輛的大型引擎罩以前是由GMP公司以反應注塑（RIM）聚氨酯而制造出來的。轉而使用FFT制造方法的原因一方面是想塑件有更佳的穩(wěn)定性，而另一方面是有必要發(fā)掘更深入的成本優(yōu)勢。
在傳統(tǒng)的RIM工藝中，引擎罩是以單一工件被制造出來的。內部填充物隨后被粘結在一起。而現(xiàn)在對于FFT技術，引擎罩的側邊部件和頂部被分別制造，隨后被組裝。新型引擎罩的優(yōu)點是車子側邊也可用玻纖進行增強。
早在設計階段，F(xiàn)FT塑件就因更為經濟和更能機械承載而受得普遍的歡迎。尺寸740mm×1500mm×750mm、重量12kg的FFT挖掘機引擎罩由三個分開的部件所組成，厚度為3.5至4mm。FFT解決方案的穩(wěn)固度在跌落試驗中特別清楚地表現(xiàn)出來。FFT引擎罩可承受較高的負荷。FFT引擎罩的表面韌度高得足以經受不嚴重的事故，而不會有損壞。
這項工程中的模內箔片發(fā)泡技術在經濟上也是令人信服的。整個生產包括了較低的模具成本（鋁質模具）、利用FFT工藝每班較高的生產量、不用漆層，引擎罩的生產成本可以明顯降下來。根據(jù)GMP的內部計算，這些成本約低了30%。
迄今為止尚未討論的一個方面是環(huán)境適應性。通過節(jié)省后續(xù)的涂漆，從而在整個工藝鏈中不含溶劑，所以FFT工藝可以被看作更加不具污染性。所以，不僅因為較輕重量、較低成本和出眾的機械性能，而且因為環(huán)境影響性更小，F(xiàn)FT塑件在建筑車輛和農用機械領域可更好地取代傳統(tǒng)的外部件材料。而且，對于那些希望開發(fā)出產量高、起動投資少的生產的廠家來說，F(xiàn)FT生產工廠是具有吸引力的
