Clearmelt功能整合表层处理工艺

作者：KUNSTSTOFFE INTERNATIONAL杂志

欢迎访问e展厅 展厅 1 塑料模具展厅 注塑模具, 吹塑模具, 挤出模具, 吸塑模具, 瓶胚模具, ... 汽车内饰表皮处理技术—在汽车内饰的设计中，设计师往往比较注重消费者的使用体验，为了能带来更好的质感，设计师信马由缰地发挥自己的创意，比如采用纯实木内饰，尽可将汽车的奢华气质展露无遗。奥地利Engel公司一直致力于制造高品质低成本汽车产品，首次采用一体设备将热敏塑料和实木材料加工成为高品质耐损伤实木内饰。 天然实木要成为汽车内饰的制造原料，首先需要被加工成厚度大约为0.4到0.7毫米的薄片，作为初始产品，这一加工程序由德国布鲁赫塞尔HIB-Trim Part Solutions Bruchal GmbH & Co.完成，这些薄实木片将用来生产加工汽车仪表盘表皮、中控台和车门（见卷首图及图1）。这些取自天然实木的实木片，每片都是独一无二，全部经过专业人员筛选检验，继而标出再加工区域，筛选过程中更着重于挑选天然实木纹理得到完美体现的实木片。只有深入了解这些天然实木材料的纹理特性，才能使不同木片之间实现完美结合，从而能够设计生产出弧线表面的大面积产品。 来自奥地利Schwertberg的Engel公司在2009年5月的专题研讨会上，首次展示出其集注塑设备与聚氨酯（PU）于一体的设备，以及使用该设备生产加工的汽车门内饰（见图2），该设备可将热敏塑料加工成为汽车内饰，并覆以PU防护表层。这部设备也是Engel与多方合作的成果，模具制造和加工合作商是Schwertber的Schofer GmbH，PU技术独家合作商是德国Sankt Augustin的Hennecke GmnH，材料供应商则是德国Leverkusen的Bayer Material Science AG以及同属德国的Korntal-Munchingen的Votteler Lackfabrik GmbH。 防护表层工艺 内饰的PU防护表层有多种功效，其主要作用就是对高品质实木表面进行保护，既可以防止化学物质的腐蚀（例如防晒霜、香水等），也可以防止金属硬性物质的刮伤损坏（例如戒指、手表、圆珠笔、指甲等）。但这种防护表层也带来了些许“副作用”—包括深层暗纹在内的各种材质由于表面覆层，看起来都会闪闪发亮，使其优雅低调的气质大打折扣。 目前的加工工艺中往往使用到三种不同的覆层技术，可满足透明度和美观度的不同要求。 涂漆工艺：涂漆是最简单的覆层方法，在涂不饱和聚酯漆之前，塑料原件必须进行机械或人工清洁，确保洁净脱脂。多次处理是必须的，因为深层暗纹效果仅可当漆表层厚度约0.5毫米时呈现。多次涂漆之间需要一定的时间间隔，并且最后的涂漆需要进行无缝处理，因而整个涂漆工序的时间显得十分紧凑。一般情况下，凝胶时间大约需要20分钟，因而整个过程大概需要花费3个小时。在此步骤前还需要约72个小时的部件打磨以达到预期尺寸。这一工艺的缺点在于再加工打磨过程中有可能产生损伤及难以避免的涂漆过度，但其优点也恰恰是这种操作过程中的自由拿捏，赋予了产品设计的极大灵活空间。 ClearRIM：为了将涂漆层一次性控制在理想厚度，可将塑料原件嵌入稍大尺寸的凹型模具，然后用PU对空隙进行填充，这就是ClearRIM工艺。填充及无缝处理过程需要2到3分钟，24小时后无需打磨便可直接进行下一步加工，残留的脱模剂可通过抛光去除。除了节省时间，此项工艺与多层涂漆相比具有更多优势，不仅更高效得使用原材料，减少了超范围喷漆和轻微材料损耗，还可以利用模具直接有效控制表面涂层。但工艺缺点是需要对原件进行多重加工处理，塑料原件需要成型、储存再压缩，原件表面表面容易出现肋状波纹和螺纹，特别注意的是不能在脱模后直接与实木相结合，否则会出现裂纹。虽然可以使用缓解剂来实现即时结合，但是这种做法有时又会导致残次。 多成分注塑：多成分注塑工艺毋须将塑料与实木分离、再存储以及再处理。塑料原件特别采用由PC+ABS构成和SAN级别强化玻璃纤维材质，透明内饰组件一般采用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或PC(聚碳酸酯)，均可一次性加工成型。模具两半和热敏塑料的冷却固化可同时进行，因而加工周期时长与PU加工相比，缩短到仅需1分钟，且所有热敏塑料都可直接回收，处理方法简易。当然，该工艺也有其特性造成的短板，由于热敏塑料的粘性较大，若想达到均等厚度，就不能使用长时间的料；PMMA有时并不具备高度抗划伤性能，因而需要进行防护涂层；再热敏塑料化合物在进行高温处理后，会造成与实木材质相比的轻微色差。 以上三种工艺均有利弊，Engel Clearmelt工艺的发展目标就是采众家所长，将多级反应系统的优势与单级热敏塑料多成分注塑的效率相结合，并且目前采用着色PU泡沫和透明材料已经将这一目标变为了现实。 新型密封模具 Engel Clearmelt一体生产设备（见图3）将手动注塑设备和PU高压设备融为一体。装饰膜和实木片放入模具后，模具会封闭，继而热敏塑料流开始注入。直至冷却时间，PU凹槽会用脱模剂灌注后将滑台推向上方，这时PU再被注入预成型原件和PU模具之间的缝隙（见图4）。 要使PU不黏着在钢制模具表面，并且成品件能够易于脱模，就必须要用到脱模剂。整个工序完成的时间长度视PU的融和情况而定，生产仪表盘的内饰需要80到90秒，当然也会因类别和需要的不同而时间长短有别，最新技术已经实现结合时间短至40秒，与普通多层涂漆加工相比，在生产加工效率上简直是质的飞跃。接下来的加工中会用抛光技术将脱模剂从成品表面上去除，密封口外露部分也必须加以打磨修整。PU是异氰酸盐和多元醇的反应产物，这两种反应物的流体都跟水相似，而PU又仅用在凹槽部位，因此薄薄一层覆膜即可。 Clearmelt工艺将两种不同的加工工序融为一体，一方面，热敏塑料的高温加工过程温度通常控制在200℃，并且黏度极高，因此需要通过高压进行凹槽填充；另一方面，在加工过程中两种液体直到凹处才能融和，且温度会降到100℃以下黏性也会降低很多。尽管我们称PU工艺需要高压，但注入异氰酸盐和多元醇的压力仍远远小于喷注热敏塑料时需要的压力。针对这个问题，SHOFER公司研发了一种新型模具密封器，用来处理机械自动化加工工序的收尾。但是随着模具的日益复杂化，这一解决方案显得捉衿见肘。（见图5）。 不止如此，注塑模具必须针对不同级别压力和相对较长的反应时间有不同的设计，也正是因为这点，滑台设计对小批量生产尚能保证成本经济化，但进行大批量生产就显得力有不逮了。转位滚筒机应运而生，专门用于双组分注塑工艺。根据不同的产量要求，PU设备可以与其他生产组件相连接。为了将PU混合端口和溢位区相结合，SCHOFER公司不得不重新考虑注塑设备的设计，并最终找到了节省空间的解决方案。 进一步提升耐损伤性 涂漆工艺的挑战不只是在透明度和光泽方面，还有耐光性。Votteler目前拥有两款Puriflow PU设备，均可适用于薄膜和薄木片涂层，并已经通过了汽车制造领先技术方面的气候环境、耐光度和抗阻测试，第一代已经用于专供宝马 ，奥迪和大众品牌。 新一代设备生产的产品的耐损伤性得到了进一步提升，分别用布蘸取Crockmeter和Martindale对表面微创部位进行擦拭，Puriflow材质可在加热后进行自我修复。Erichsen测试是用来测试耐刮擦度，例如各种一次性刮擦，如戒指、钥匙、指甲之类造成的刮擦。 同时，对热敏塑料性能的要求也相应提高。为了实现表层的透明度，塑料原件的表层也必须具备高品质，特别是如果热敏塑料在没有薄膜和薄木片的情况下直接导入模具，钢琴黑键深层暗纹的加工制造就对这方面要求甚高。 工艺的改良加强了热敏塑料和PU表层之间的黏着力，有些原件例如聚丙烯这样，只有在经过高温加热或电晕加工后表面才能黏着，而热敏塑料薄膜和PU制剂的兼容性在结合中被充分利用，毋须额外加工工序。从多级加工到现在拥有丰富生产经验，工艺得到改良发展的同时，内饰实木喷涂技术也得到了提升。使用PU加工浅色实木内饰还有个优势就是，不会因为加热而导致色差或者热敏塑料熔化。 展望未来发展的巨大潜力 产品开发商的下一个研发目标是将薄膜倒塑的工艺也纳入到功能整合的体系当中（见图6）。Engel公司在研讨会中展示了首个雏形。奥地利Linz塑料电子公司出品的薄膜也被用到了展示中，薄膜上印好了功能电路，一台个人电脑通过接口连接到不同的部分，通过轻触这部分的表面，其相对应的功能就会在电脑屏幕上展示。同时，研讨会上还展示了功能转换在薄木片作用下的实现，将薄木片放入模具，用热敏塑料倒出原件并用电容性的薄膜附着于表面。这种加工过程同样能被在注塑设备中一次性完成。 也许通过电子信号光，未来的汽车驾驶座舱就毋须任何旋钮或开关了，控制元件都将和装饰材料融为一体，一切外露或内藏的组件都可以用PU覆层进行防护，LED光源也可以穿过PU防护层。 这项技术的潜力是巨大的，不仅在汽车制造业有着广阔的发展空间，同时也为新型产品设计打开了新纪元，特别是在家电和电子产品领域。其表层冲击吸收和自我修复的性能也将在未来发展有着可观前景。 目前模具制造产业的发展已经聚焦在复杂结构成像和移动模具注塑，这也带来了未来生产效率提升的课题。针对这一课题的工作如今已经展开，比如，像脱模剂这种在目前的永久表面保护层加工中不可或缺的成分，不久的将来也许就会从生产线上消失。 结语 与当前的技术，如多层涂漆工艺，多级ClearRIM加工和多成分注塑技术相比，Clearmelt工艺通过生产加工整合，更加有效地节约了成本。Clearmelt生产设备的投资成本虽然略高于双成份注塑设备，但其所需原材料的成本相对较低，到底哪种解决方案能带来更高的经济效益，似乎让人难以抉择。但PU设备适用于包括聚乙烯和异氢酸盐在内多种注塑设备，且生产周期短的独特优势，无疑又给Clearmelt加了分。不止如此，热敏塑料和PU的完美搭档，不仅可以实现更薄的层厚度，还兼具卓越的表皮性能。这样以来，孰优孰劣，便一目了然了吧？

文章内容仅供参考 (投稿) (12/28/2012)