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反应注射成型(RIM)增强技术在汽车上的应用

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近年来，反应注射成型（Reaction Injection Molding，简称“RIM”）工艺以其投资成本低、生产方式灵活的特点而在汽车零部件生产中得到了广泛应用。作为RIM工艺的必要补充，RIM 增强技术则通过聚氨酯基体与增强材料的复合，不仅保持了RIM 工艺的基本优点，同时还提高了材料的热稳定性、强度和其他力学性能，因此自20世纪80年代以来，RIM 增强技术在汽车制造业中得到了迅速发展和广泛应用。

RIM 增强技术包括增强反应注射成型技术（Reinforced Reaction Injection Molding，简称“RRIM”）和结构反应注射成型（Structural Reaction Injection Moulding，简称“SRIM”）技术。RRIM是利用高压冲击使两种单体物料及短纤维增强材料得以混合，混合材料在模腔内经快速固化反应后形成制品。SRIM又称为垫增强反应注射成型，其成型特点是，先在模具内铺垫上由玻璃纤维无规组成的非编织毡，再以反应注射成型工艺注射物料得到制品。与普通的增强反应注射成型工艺相比，SRIM工艺的特点是纤维长，充填量大，一般可高达60％～70％，因此增强效果更好，适用于汽车结构件的制造。

RRIM工艺特点

通常，RRIM工艺所使用的原材料包括树脂体系和增强材料两类。其中，应用最多的树脂材料是聚氨酯、不饱和聚酯树脂和环氧树脂。在汽车塑料零件上，尤以聚氨酯最为常见。聚氨酯是由聚醚和异氰酸酯两个组分组成的，这两个组分在常温下均为液态，它们是通过计量泵或计量缸来计量和输送的。常用的增强材料有云母、玻璃纤维粉、硅石灰、玻璃微珠、硫酸钡等。通常，为了改善增强材料与树脂的粘接强度，需要采用增强偶联剂对上述增强材料进行表面处理。

为了将增强材料添加到树脂组份中，需要采用混合设备使它们得到充分混合。通常是将两种材料分别计量好，然后将它们放入一个容器内，经一定时间的搅拌，使增强材料和树脂达到良好的混合状态。

当添加了一定比例的增强材料后，原料的粘度被大大提高，磨损性也显著增加，此时如果采用高压计量泵进行加工，很可能会在极短的时间内使其损坏。一般，需要采用经硬化过的计量缸，并且混合头也需要经过特殊的硬化处理。

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图1 RRIM工艺示意图

为了提高原料的流动性，改善产品的充模性能，可以在原料中添加一定比例的压缩气体，如氮气、二氧化碳或空气等，从而使原料在被注入到模具中后，可以利用气体压力的释放来辅助原料充模，最终获得质量较高的制品。在此，所使用的充气装置被称作核化装置。

相对于普通的RIM工艺，RRIM工艺中所使用的模具往往具有更高的模内压力，因此RRIM模具材料必须具有较高的硬度，以确保模具的使用寿命。

总的说来，采用RRIM工艺生产制品具有如下特点：

● 产品设计自由度大，可以生产大尺寸部件；
● 成型压力低（0.35～0.7MPa）,比注塑工艺的压力低很多；
● 反应成型时无模内应力；
● 随着增强材料的加入，制品的耐磨性和耐热性可得到提高；
● 制品的收缩率低，尺寸稳定性好；
● 制品表面质量好，可进行在线喷漆。

基于上述特点，使得采用RRIM工艺制造的车身外饰零件具有足够的潜力来替代金属零件，而且使用的面在逐渐增多。

SRIM工艺特点

SRIM工艺所使用的原材料多为双组份的聚氨酯材料，其增强材料主要是玻璃纤维毡，它是通过热压的方式成型或者预成型的。

由于使用玻璃纤维毡作为增强材料，因此SRIM工艺无须在树脂材料中添加增强材料，其采用的设备仍然是标准的RIM计量混合设备，即采用高压计量泵的高压浇注机。玻璃纤维毡的预成型则采用热压成型设备。

通常，经玻璃纤维毡增强的SRIM制品可获得更大的机械强度，因此而使得SRIM工艺更多地被用于汽车结构件的制造，例如衣帽架、仪表板骨架、门板骨架等。由于其模具的制造成本相对较低，因此在批量相对较小的场合应用较多。

一般，采用SRIM工艺生产的制品具有上述RRIM制品的大部分特点,如成型压力低，制品的收缩率低等。但是，由于玻璃纤维毡的存在,制品的表面一般比较粗糙,不能用于外观件上。

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图2 RRIM常用的缸式计量及混合设备

应用案例

2001年中期，通用汽车公司开发出了一种新型的被称作“Protec”的6.5ft（1ft=30.48cm）长的RIM复合材料车厢和车尾门系统，作为 Chevrolet Silverado皮卡车的选配件。与传统的采用热压成型塑料衬里的钢制车厢所不同的是，整个Protec车厢单元是用复合材料制成的。其中，车厢中的挡泥板和车尾门外板均采用了RRIM技术制造而成，所用的增强材料为云母。此外，单件式的车厢和车尾门内侧是用50％长玻纤增强聚氨酯(SRIM)复合材料制造而成。在车厢和车尾门内部，还喷涂了一层黑色的 “溅射漆”，从而使部件外表获得了坚韧、细粒状的表面纹理，同时具有抗紫外线功能。据介绍，采用SRIM和RRIM复合材料后，使得整车重量减轻了约50lb（1lb=0.4536kg），仅车尾门就比钢制产品轻了15lb。

2004年，通用汽车公司在其DENALI 皮卡上，采用了由RRIM工艺制成的挡泥板，据说相对于SMC材料的挡泥板而言，其重量减轻了30%；相对于金属挡泥板而言，其重量则减轻了50%。此外,目前正在欧洲生产的德国大众CROSS POLO车的挡泥板也采用RRIM工艺生产。

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德国大众的CROSS POLO挡泥板

在大众汽车公司的GOLF A5及TOURAN等欧版车型中，在发动机舱和车身之间有一块层隔音零件, 通常叫做前围隔音垫。它由两层组成，一层为2.5～3mm厚的RRIM聚氨酯隔音层，所采用的增强材料是密度和硬度相对较高的硫酸钡(BaSO4)。在RRIM聚氨酯的后面还添加了一层平均30mm厚的软质聚氨酯泡沫，局部达到40mm。在吸音和隔音材料的共同作用下，使发动机的噪音被很好地阻挡在座舱系统之外。

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TOURAN前围隔音垫

在通用汽车公司的BUICK车型中，衣帽架和备胎盖均采用SRIM工艺制造而成。对于这类形状和结构都相对比较简单的零件，一般不需要予成型玻璃纤维毡。其中，备胎盖的浇注采用的是普通的RIM机器，先将一张玻璃纤维毡加热后，放入模腔内，然后RIM机器将液体物料浇到玻璃纤维毡上。当浇完PU原料后，将模具完全合拢，材料在模内反应固化后即成型出制品。

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BUICK备胎盖

近年来，RRIM和SRIM工艺在欧洲及北美的汽车零部件制造领域中得到了广泛应用，其制品在强度方面完全可以和金属材料加工的制品相媲美，而在重量上又比金属制品轻很多，因此很好地满足了汽车轻量化的发展趋势，在汽车制造业中具有广泛的应用潜力。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/15/2013)


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