抗沖擊、輕盈、低成本聚氨酯的內(nèi)模箔片發(fā)泡
時(shí)間:2005-07-06
智能型配方的復(fù)合材料在汽車業(yè)正被越來(lái)越多的人所關(guān)注。這種發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力不只是在某些時(shí)候它有可能實(shí)現(xiàn)真正的重量減輕。實(shí)實(shí)在在的主要原因也是因?yàn)橥ㄟ^(guò)持續(xù)地應(yīng)用先進(jìn)的配方概念所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)上優(yōu)點(diǎn)。這里的關(guān)鍵詞是綜合功能的可能性和模塊化日增的趨勢(shì)。 內(nèi)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(nèi)模箔片結(jié)合在一起的組成現(xiàn)在產(chǎn)生出一種令人注意的性能。它們結(jié)合了輕質(zhì)、高穩(wěn)定性和高品質(zhì)表面，這令費(fèi)錢的上漆步驟顯得多余。
低成本下的高品質(zhì)表面
箔片技術(shù)在汽車技術(shù)以外有著實(shí)在的未來(lái)潛能，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到運(yùn)行成熟境界?！氨砻尜|(zhì)量?jī)?yōu)良，但成本要盡可能低”的困境使目標(biāo)沖突的塑料工程師們坐在一起，這可以通過(guò)內(nèi)模箔片注塑和內(nèi)模發(fā)泡得到完美解決。依靠高品質(zhì)箔片成功應(yīng)用，這種方法已經(jīng)被帶入到汽車領(lǐng)域，在其它領(lǐng)域中，一方面它有賴于在原料和箔片成本之間找到經(jīng)濟(jì)上的平衡，而另一方面有賴于在表面質(zhì)量上的要求。
由4層材料組合所構(gòu)成的冰箱前門是一個(gè)例子（圖1），意大利GMP公司以兩步法生產(chǎn)出來(lái)的，借助了兩個(gè)聚氨酯系統(tǒng)和優(yōu)質(zhì)熱塑性箔片。在這里，核心生產(chǎn)步驟是利用真空熱成型方法的熱塑性箔片內(nèi)模發(fā)泡，箔片的4mm厚層由拜耳出品的微孔Baydur60所組成。一個(gè)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(qiáng)物，這個(gè)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(gè)被GMP公司叫做FPT（箔狀PU技術(shù)）過(guò)程的制造方法中，內(nèi)模箔片發(fā)泡的一些優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)變得清楚。因?yàn)檫@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(fèi)錢上漆的傳統(tǒng)PUrim(反應(yīng)注塑)相比，生產(chǎn)成本可以降低30%。而且，高度自動(dòng)化的FPT過(guò)程有著較高的生產(chǎn)能力，并為設(shè)計(jì)師提供了PU的典型優(yōu)點(diǎn)。所以在復(fù)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(dāng)隨意地確定。
纖維增強(qiáng)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(nèi)模箔片發(fā)泡技術(shù)幾乎是為家居、衛(wèi)浴和高檔娛樂(lè)電子產(chǎn)品而預(yù)定的。如果以纖維增強(qiáng)系統(tǒng)而不是非增強(qiáng)型聚氨酯為參考，它們的潛力被最大地?cái)U(kuò)展。這實(shí)際就是新型FFT（箔狀纖維PU技術(shù)）過(guò)程的核心點(diǎn)，這也是由GMP公司所開(kāi)發(fā)出來(lái)的，并獲得了專利。
GMP公司的開(kāi)發(fā)人員和工程人員滿足了建筑設(shè)備和家用機(jī)械工業(yè)的需求：
◆ 塑件的重量和成本降低；
◆ 工藝的生產(chǎn)能力高；
◆ 良好而美觀的表面；
◆ 高水平的機(jī)械性能；
◆ 質(zhì)量穩(wěn)定；
◆ 接近金屬的膨脹系數(shù)，裝配簡(jiǎn)便。
纖維增強(qiáng)物大大地提高了被塑件的強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性。增強(qiáng)型PU材料因?yàn)榱己玫臋C(jī)械性能，可以小的壁厚而為人注意。利用FFT技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的塑件具有適用于小壁厚的高硬度值，圖2在對(duì)不同材料的比較中確定這一點(diǎn)。
FFT部件被設(shè)計(jì)得略厚，目的是獲得相同的“結(jié)構(gòu)性”韌度。在FFT過(guò)程中生產(chǎn)出來(lái)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?jī)?yōu)勢(shì)。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(xué)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(jì)量。隨后利用機(jī)械手把混合物噴涂在一個(gè)敞開(kāi)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(zhǎng)度在25-50mm之間。但是對(duì)于特殊用途，可以應(yīng)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(jié)。
這種PU技術(shù)與PU RIM工藝相比已為人所知的優(yōu)勢(shì)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(qiáng)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(jié)在一起。利用FFT工藝制作出來(lái)的產(chǎn)品另外還展現(xiàn)出更大的多功能性，因?yàn)橥ㄟ^(guò)變化玻纖含量和玻纖長(zhǎng)度，有可能實(shí)現(xiàn)顧客定制彈性、強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度的塑件。新工藝的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是 ：可以變化玻纖長(zhǎng)度和玻纖含量，同時(shí)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(qiáng)，不會(huì)有問(wèn)題。
性價(jià)比高的多功能箔片
FFT技術(shù)關(guān)注于以PVC或PET-G為基礎(chǔ)的材料，表面質(zhì)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(xué)品穩(wěn)定性（如抗清潔劑或乙醇）。在成型過(guò)程中，肉眼可見(jiàn)的箔片表面被一片可移動(dòng)的50mm厚PE-LD箔片所格外保護(hù)。
對(duì)于外部應(yīng)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(dá)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(jí)；
● 與油接觸24小時(shí)后無(wú)變化；
● 與烴類接觸24小時(shí)后無(wú)變化；
● 與水接觸100小時(shí)后無(wú)變化；
● 堿介質(zhì)中穩(wěn)定；
● 酸介質(zhì)中穩(wěn)定。
玻纖增強(qiáng)型聚氨酯與兩個(gè)箔片完美地附著在一起，一片用于內(nèi)部，一片用于外部，且不會(huì)出現(xiàn)分層。
高生產(chǎn)能力
FFT技術(shù)和FPT技術(shù)完全消除了所有的涂漆步驟。與傳統(tǒng)工藝相比，這產(chǎn)生出較短的整體周期時(shí)間。在一個(gè)有著四個(gè)工位的簡(jiǎn)易生產(chǎn)工廠里，每個(gè)工位可以一天兩班地生產(chǎn)出100至120個(gè)塑件。對(duì)于這樣的一個(gè)工廠，可以達(dá)到10萬(wàn)只塑件的年度生產(chǎn)能力。
模具小和初始成本低也是這種工藝的令人信服的經(jīng)濟(jì)性。所以聚氨酯技術(shù)能夠利用特別經(jīng)濟(jì)的鋁質(zhì)模具，因?yàn)槟?nèi)壓力低。這不僅在成本計(jì)算中變得明顯，而且使加工廠能對(duì)變化了的市場(chǎng)趨勢(shì)做出更為靈活的反應(yīng)。
FFT工藝為箔片技術(shù)打開(kāi)了更寬廣的用途，它依靠的是實(shí)在的穩(wěn)定性、極佳的經(jīng)濟(jì)性和優(yōu)良表面質(zhì)量，不必符合A級(jí)表面的需要。這種用途的一個(gè)范例是建筑和農(nóng)用機(jī)械的車身部件，如挖掘機(jī)（圖4）或拖拉機(jī)（圖5）。這里受關(guān)注的焦點(diǎn)不是高光澤的漆層，而首先是持久的表面質(zhì)量、低重量和經(jīng)濟(jì)性制造。
結(jié)實(shí)光亮的無(wú)漆層表面
主圖顯示的是通過(guò)FFT技術(shù)，由GMP公司為日本Komatsu公司所制造的挖掘機(jī)引擎罩。
這種車輛的大型引擎罩以前是由GMP公司以反應(yīng)注塑（RIM）聚氨酯而制造出來(lái)的。轉(zhuǎn)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(shì)。
在傳統(tǒng)的RIM工藝中，引擎罩是以單一工件被制造出來(lái)的。內(nèi)部填充物隨后被粘結(jié)在一起。而現(xiàn)在對(duì)于FFT技術(shù)，引擎罩的側(cè)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(diǎn)是車子側(cè)邊也可用玻纖進(jìn)行增強(qiáng)。
早在設(shè)計(jì)階段，F(xiàn)FT塑件就因更為經(jīng)濟(jì)和更能機(jī)械承載而受得普遍的歡迎。尺寸740mm×1500mm×750mm、重量12kg的FFT挖掘機(jī)引擎罩由三個(gè)分開(kāi)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(yàn)中特別清楚地表現(xiàn)出來(lái)。FFT引擎罩可承受較高的負(fù)荷。FFT引擎罩的表面韌度高得足以經(jīng)受不嚴(yán)重的事故，而不會(huì)有損壞。
這項(xiàng)工程中的模內(nèi)箔片發(fā)泡技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上也是令人信服的。整個(gè)生產(chǎn)包括了較低的模具成本（鋁質(zhì)模具）、利用FFT工藝每班較高的生產(chǎn)量、不用漆層，引擎罩的生產(chǎn)成本可以明顯降下來(lái)。根據(jù)GMP的內(nèi)部計(jì)算，這些成本約低了30%。
迄今為止尚未討論的一個(gè)方面是環(huán)境適應(yīng)性。通過(guò)節(jié)省后續(xù)的涂漆，從而在整個(gè)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?yàn)檩^輕重量、較低成本和出眾的機(jī)械性能，而且因?yàn)榄h(huán)境影響性更小，F(xiàn)FT塑件在建筑車輛和農(nóng)用機(jī)械領(lǐng)域可更好地取代傳統(tǒng)的外部件材料。而且，對(duì)于那些希望開(kāi)發(fā)出產(chǎn)量高、起動(dòng)投資少的生產(chǎn)的廠家來(lái)說(shuō)，F(xiàn)FT生產(chǎn)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(yīng)注塑（RIM）聚氨酯而制造出來(lái)的。轉(zhuǎn)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(shì)。
在傳統(tǒng)的RIM工藝中，引擎罩是以單一工件被制造出來(lái)的。內(nèi)部填充物隨后被粘結(jié)在一起。而現(xiàn)在對(duì)于FFT技術(shù)，引擎罩的側(cè)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(diǎn)是車子側(cè)邊也可用玻纖進(jìn)行增強(qiáng)。
早在設(shè)計(jì)階段，F(xiàn)FT塑件就因更為經(jīng)濟(jì)和更能機(jī)械承載而受得普遍的歡迎。尺寸740mm×1500mm×750mm、重量12kg的FFT挖掘機(jī)引擎罩由三個(gè)分開(kāi)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(yàn)中特別清楚地表現(xiàn)出來(lái)。FFT引擎罩可承受較高的負(fù)荷。FFT引擎罩的表面韌度高得足以經(jīng)受不嚴(yán)重的事故，而不會(huì)有損壞。
這項(xiàng)工程中的模內(nèi)箔片發(fā)泡技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上也是令人信服的。整個(gè)生產(chǎn)包括了較低的模具成本（鋁質(zhì)模具）、利用FFT工藝每班較高的生產(chǎn)量、不用漆層，引擎罩的生產(chǎn)成本可以明顯降下來(lái)。根據(jù)GMP的內(nèi)部計(jì)算，這些成本約低了30%。
迄今為止尚未討論的一個(gè)方面是環(huán)境適應(yīng)性。通過(guò)節(jié)省后續(xù)的涂漆，從而在整個(gè)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?yàn)檩^輕重量、較低成本和出眾的機(jī)械性能，而且因?yàn)榄h(huán)境影響性更小，F(xiàn)FT塑件在建筑車輛和農(nóng)用機(jī)械領(lǐng)域可更好地取代傳統(tǒng)的外部件材料。而且，對(duì)于那些希望開(kāi)發(fā)出產(chǎn)量高、起動(dòng)投資少的生產(chǎn)的廠家來(lái)說(shuō)，F(xiàn)FT生產(chǎn)工廠是具有吸引力的
