双组份注塑技术“软硬兼顾”

作者：MICHAEL FISCHER

欢迎访问e展厅 展厅 1 注塑机展厅 注塑机, 立式注塑机, 二手注塑机, 真空成型机, 发泡注塑机, ... 各种用于生产软质表面零部件的工艺，都必须平衡处理高品质要求、技术可行性和成本控制之间的关系。层压注塑热塑性塑料零件的制造，跟模内发泡PU或搪塑工艺一样，同样难逃被取代的厄运。 以传统工艺来实现柔软的触感，往往都具有一个共通点，就是多次加工，这便不可避免地需要在最后塑形阶段进行修饰、折叠或弯曲。单一工序和二次再加工环节之间的衔接颇耗时间的，在半成品（在很多情况下是相当多的）的运输上也需要更系统地设计，并且诸如PVC搪塑表皮之类，其运输又往往能耗较高，这些便无形中提高了生产线的投资成本。 Dolphin工艺研发目的可谓有的放矢，无须通过二次加工的热塑性塑料注塑，仅需到交口切割，实现具备良好柔软度、可实现密度和发泡高度的软质表面产品，且该软质产品可直接适用于注塑设备中用于硬质支撑材料。此外，鉴于业内已经呈现出的更高生产技术灵活度的趋势，注塑设备需要足以胜任复杂工序，不仅能够用于不同注塑模具和工艺，并且能够改良升级以适用未来新一代产品。 质量与成本效率之间的平衡 一项对不同表面强化技术的市场定位研究（见图1）结果表明，Dolphin工艺填补了高端汽车工程中应用的制模表面极致的品质要求，和成本节约型汽车中应用的经典薄膜装饰注塑工艺的空白。首次投入生产实践便已经证实了Dolphin工艺的高成本效率（见图2）。 以汽车仪表板为例，该工艺的高成本节约潜质便足以彰显。该部件的原材料成本计为11.90欧元，其中4.40欧元是底层，7.50欧元是发泡层，以上数值基于底层体积为1,300 cm3，底层表面积为4,500 cm2。TPE发泡层厚度的初始值约为2mm，TPE体积为1,050 cm3。在最终壁厚值为8mm的情况下，产品生产周期约为150s。整个加工流程的周期是由机器特定运作时间和冷却时间决定的，而发泡成分的冷却时间依赖于发泡层的最终厚度。例如，3mm厚的发泡层，其生产周期约为90s。 从商业角度来看，生产线的高灵活度，以及伴随而来的高工厂利用率，对ROI(投入产出比)有着积极正面的影响。此外，用于基础设施和特殊技术专用工厂组件方面的投资也相对较低，在很多情况中，这种规格的生产组件往往能使用长达15年之久。 Dolphin工艺是汽车制造商Johnson Controls与Engel Austria，Georg Kaufmann Formenbau, BASF以及P-Group (现在的的SO.F.TER)联合开发出来的，并在2007年的K展上展出，2011年秋首次进行生产应用实践。意大利Daimler供应商Sole S.p.A.应用这一技术来生产梅赛德斯奔驰Actros的驾驶舱（见卷首图）。目前Dolphin联营企业包括Engel， Georg Kaufmann Formenbau和SO.F.TER。 制模极小偏差 Dolphin工艺结合了双组份注塑(“Engel combimelt”)与物理发泡(MuCell)和压缩技术。在旋转-滚筒式注塑设备（见图3）上，热塑性塑料底层组件首先在第一个分型面上成型，例如，使用PC+ABS，一般在针阀热流道系统的帮助下完成，冷却后通过转动中心模具滚筒转送到第二个分型面的位置。热塑性橡胶（TPE）将惰性气体控制在超临界状态，在滚筒内进行塑化之后，在这个阶段塑料/气体熔液被注入进腔内，通过多冷流道进行分流。在这个过程中，底层结构被覆盖为厚度约2mm。该过程中使用的MuCell加工组件直接安装在注塑设备的移动滚筒上。 在短暂的冷却阶段，熔体凝固在模具内壁，形成表皮层，依此重复便形成腔内的木纹表面。随后，合模组件立即通过设定的压缩冲程打开，倾斜度恰好垂直于模腔，高度精密且纹理一致的发泡结构便形成，这是决定最终产品品质的先决条件。腔进而定在伸展的定位上，直到TPE已经完全冷却并结晶。延迟时间、断开速度和滚筒平行都可加以控制。 由于在发泡的同时，下一个底层部件已经在模具的另一半中进行制造，因而在开模冲程过程中的合模力必须保持一致，这一点通过在模具另一半上一个阻隔系统便可以实现。模具工程设计的另一独有特性是采用环绕弹簧片作为活塞的一部分，在开模冲程的时候，能够严实地密封住模具的两半，这样熔体和泡沫都不会发生泄漏。 Dolphin工艺因此需要采用特别严密且高精准度的模具，温控和移动组件的偏差是0.03 mm。冷却是加工中会遇到的一个大挑战。为了制造出最优品质产品，两个半模必须处于不同的温度。底层部分要求的温度比软质组件倒模要求的高35°C。 Dolphin工艺开启了更高的设计自由度，即使是复杂结构也可在生产中轻松实现。例如，可以通过滑动做成下部切割（见图4、5）；发泡工艺可适用于非常狭窄的半径加工。对于木纹表面结构，Georg Kaufmann Formenbau更研发出一种特殊的方法。在其实验工厂里，模具制造者打造了一个实验模具，有可替换木纹插片，为产品开发者提供了多种多样的木纹款式选择（见图6）。 减压冲程决定柔软度 在发泡过程中，发泡内腔的初始壁厚决定了该部分注塑量，减压冲程后获得的壁厚决定了发泡高度（见图7，表1）。发泡密度能够通过减压冲程进行调整，并且间接跟初始壁厚与最终壁厚的比率也成一定的比例。因而，除了其他参数，可调节冲程也决定了产品的柔软度。 测试样本的初始壁厚2 mm，密度1.12 g/cm3，减压冲程分别为2、3及4 mm，计算出的平均密度分别是0.56、0.45和0.37 g/cm3，其中已经算进了压缩表层。同时也进一步改良了模具壁以及在传送过程的接触表面。高填充压力使得发泡层和底层结构间黏着连接的寿命更加延长。 基于Pibiflex产品范围，原材料制造商SO.F.TER已经开发出TPE级特别适用于 Dolphin工艺。Pibiflex 3567 S因其高UV稳定性、耐划擦性，及卓越的触感特性而著称。这种材料目前用于色彩加工，如浅棕色、灰色、碳色和黑色。因其将发泡气体保持处于溶解状态中，从而实现一致且可控的膨胀。此外，TPE-E与热敏塑料底层的黏着也强而有力。Pibiflex系列产品，即结晶PBT和聚醚多元醇的嵌段共聚物，其耐受温差跨度可从-45至150°C，这种机械性能在汽车工程设计中大受欢迎，且该材质的柔软度即使在极低的温度下都保持，硬度和触感特性都能够进行独立调整。 发泡底层适用于轻量化结构 Sole当前应用的产品及其他尚处于试验阶段中的使用产品中，软质组件都是在该产品表面进行发泡。然而，底层结构也需要相应未来轻量化结构的要求。目前研发的目标是实现硬质组件的物理发泡，同时适当地改进组件设计和模具结构，这将有望减少底层部分的平均密度达7-10%。 与传统底层材料的发泡技术相比，采用减压技术的底层发泡开启了更大成本节约潜在空间，因为在TPE的发泡过程中，填充容积和重量被一致决定，被初始腔和最终底层规格通过减压冲程得以精确界定。特别是当目前底层壁厚被优化改良之后，在PC+ABS作为底层材料的物理发泡过程中，成功实现同部位重量轻于5.1 kg/m2。 Pibiflex材料可适用于较大温差范围的材料特性颇受欢迎，相信在如安全气囊表皮制造等其他适用领域亦可游刃有余。该材质可独立于温度预先进行裂纹的设定，且表面裂纹在低温和高温条件下都可进行重复生产。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (12/22/2012)