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[塑料] 环保低碳的汽车塑件免喷涂技术

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发表于 2015-5-28 22:39:20 | 显示全部楼层 |阅读模式

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随着材料和模具工艺的发展,免喷涂成为汽车塑料发展的新趋势,树脂直接注塑成零件即可满足哑光、高光或者闪烁珠光等主机厂要求的效果。本文分析了汽车塑件免喷涂技术的发展趋势,介绍了免喷涂的塑料材料及其模具,研究了汽车塑件免喷涂的模温控制与工艺技术,并提出了彩塑件免喷涂的解决方案。
        汽车塑件免喷涂技术的发展趋势
        对于汽车行业来说,除了发展新能源技术之外,工程塑料的应用也成为其走向低碳之路的选择。由于塑料的优越特性,在汽车设计中大量采用塑料,不仅可以实现汽车结构轻量化设计,而且可以综合地反映对汽车设计性能的要求,即轻量化、安全、防腐蚀、造型和舒适性等。另外,还有利于降低成本,节约材料资源。
        塑料在汽车上的应用主要包括内饰件、外饰件、功能件和结构件,它们一般需要进行喷漆来达到如美观的哑光、高光或者闪烁等效果,以及保护基材实现耐候和耐刮擦等功能。但是喷漆的过程对环境有一定危害;其次塑料制件在喷涂过程中,由于经过不可回收的热固性油漆,产生无法轻易剥离的涂层,将导致制件回收困难,进而为汽车塑料零部件的回收制造障碍;且由于喷漆工艺的复杂,需要增加预处理、涂装和运输等基本环节,部分喷漆工艺还需要底漆、面漆和UV固化漆等多道生产工序并可能由此产生良率问题,使得整个零件的成本增加1~2倍。
        随着人们对汽车产品外观的欣赏品味及绿色环保的要求越来越高,如今,传统的塑料表面加工技术已渐渐无法满足新时代的需求。对于轻、薄或短小的汽车产品的需求,使得符合国内外环保标准的高等塑料表面加工技术的产品所占的比例激增。由于以往那种先注塑汽车产品外壳,然后再喷涂的方法既不环保,质量也不稳定,众多国际国内知名厂商转而采用一种新型成型工艺——免喷涂高光无痕注塑成型技术。该技术可使汽车产品外表面光泽度高且无熔接线、流痕及缩痕等缺陷,并且无需后续的喷涂工序,从而对环保及降低成本极为有利。
        免喷涂高光注塑技术的实施离不开高光泽塑料材料、高光注塑模具、模温温控设备以及注塑机和注塑工艺的紧密配合。为应对汽车制造商对免喷涂材料的需求,越来越多的材料供应商推出了不同的免喷涂材料。如工程塑料的专业制造商上海锦湖日丽塑料有限公司(以下简称“锦湖日丽”)就推出了一系列汽车免喷涂方案,包括Ecoblend哑光系列树脂、高光系列树脂和塑可丽特殊效果系列树脂(类金属漆效果)。据介绍,锦湖日丽的免喷涂产品已经成功应用于转向柱盖、杂物箱、中央面板饰框、遮阳板、立柱饰板和仪表板两侧堵盖等汽车零部件。产品结合了相容剂技术及独特的成型工艺,不仅材料性能优异,注塑制件还具有优异的表面美观效果。
        免喷涂的塑料材料及模具
        要实现免喷涂高光注塑,首先需要选用高光泽塑料材料,其特性要求一般包括以下几点:
        1. 材料的流动性应较高,以便更好地复制模具表面、降低剪切及改善熔接线。
        2. 需有一定的耐刮擦性,即表面硬度要好,一般铅笔硬度在H以上。
        3. 材料的热稳定性要好,不易产生挥发物。特别是对于阻燃级材料,提高耐热性及减少挥发物可以防止腐蚀模具及减少产品表面白雾的产生。
        4. 材料本身的光泽度要好。
        5. 应具有优异的韧性和一定程度的刚性,可通过汽车产品所要求的跌落测试和其他功能测试。
        目前,免喷涂汽车产品的注塑生产主要采用PMMA/ABS、PC/ABS或高光ABS材料。其中,高光ABS的硬度最低,PMMA/ABS的硬度最高,铅笔硬度可达1H或以上。高光PMMA/ABS还可以做成半透效果,从而实现更炫的外观和LED光透视功能。如果要求使用阻燃材料,则可选用无卤阻燃PC/ABS。生产厂商可根据产品的不同要求选用不同型号的材料。据预测,汽车厂商将更倾向于选择超薄的高刚性增强材料,这样既可以满足薄型设计的刚性要求,又可以保持高光外观。
        一直以来,汽车车灯的装饰圈材料以耐热PC材料为主,而现在很多都被PBT/PET加矿物填充材料所替代,但这种材料需要通过喷涂底漆来获得良好的电镀效果,从而带来一系列问题,促使了免喷涂PBT/PET的诞生。锦湖日丽成功开发出免喷涂车灯用材料HEB4010,其主要特点包括:制品表面光泽度高,完全能够直接真空镀膜而无需喷装底漆;具有低挥发性,在160℃高温下放置24h,成雾后玻璃板光透过变化率在5%以内;流动性好,提高了设计自由度和加工成型效率;耐热性优良,可满足车灯装饰框耐温160℃的要求;能够100%可回收再利用;具有优异的耐化学品性及优良的尺寸稳定性。该材料与漆面PBT/PET的光泽度相差无几;与无漆面PBT/PET相比,加工性得到较大改善;与耐热PC相比,冲击性能相当,但其耐热性能、加工性能具有较大优势。
        高光注塑模具从设计、钢材选用到模具加工都要比普通模具有更高的要求。模具设计方面要考虑耐高温设计、适用水路设计及安装匹配等因素。水道需确保快速升温和降温,并使模具温度均匀,一般采用贴近型腔的随形水道,并在背面增加隔热层或利用空隙隔热。模具浇口设计要尽可能地减少熔接线,并有利于排气及减少剪切。对采用油加热模温机的模具,浇口尺寸要开得比较大,对其他行位、配合和导向等部位要考虑高温的要求,并注意隔热或冷却及配合。由于模具内表面要求达到非常高的光洁度(镜面效果),因而模具钢材要选用抛光性好、高纯度、高镜面度及热变形小的优质钢。如果成型阻燃高光材料,模具钢还需耐腐蚀性好,最好用S136 SUP或同等级的钢材。对于高光模具的保养,要注意在使用中及时清洁模具分型面及排气槽,以免造成排气不良。此外,应该不定时用专用清洁布/纸清洁模具镜面部分,特别是注塑阻燃高光料时,必须清除粘附在模面的析出物,以免出现白雾等不良的外观。注塑完成后还要用专用清洗剂清洗型腔,并喷专用防锈油。
        汽车塑件免喷涂的模温控制与工艺技术
        高光无熔痕绿色注塑新技术,又称高光无熔痕模具技术。应用这一技术对模具表面的转印效果非常显著,可使塑件表面高光、无熔痕、无流痕、无流线且产生镜面效果,提高了塑件强度和表面硬度。精确控制模温是实现免喷涂高光注塑成型的一大关键,目前使用较多的温控技术有如下几种:
        1. 用油加热的高温模温机,模温可始终维持在恒定温度,优点是成本低、使用方便,但在模具设计上要考虑好熔接线的处理,同时对材料的流动性要求也相对更高。该种模温机主要应用于对外观要求稍低的产品。
        2. 蒸汽加热的快速模技术,这是较早用于塑料高光无痕成型的一种技术,其工艺原理是:在合模前及合模过程中对模具进行蒸汽加温,合模完成后,温度达到设定条件即可进行注射;注射过程中模具继续维持高温,这样可使胶料在充模过程中保持很好的流动性;注射完成,在保压冷却时,用低温水对模具进行降温处理,以便缩短制品的冷却时间,提高生产效率。该工艺需要锅炉快速产生足量的蒸汽,并能够和注塑机信号互锁,实现闭环控制,还要求材料的耐热性及相容性好。采用该技术,模温可以达到很高的温度,不存在熔接线问题,同时可以提高产品表面硬度。但由于锅炉投入较大,限制了该技术的使用。
        3. 电加热的快速模技术,可实现超高温模具的温度控制,是快速加热冷却成型技术的最新进展。该技术采用电加热的方式,在短时间内把模具的表面温度加热到很高,然后在几十秒之内又能把温度下降到50℃以下,从而帮助高光注塑成型顺利完成。
        免喷涂高光注塑技术对注塑机的要求不高,但对机器的反应灵敏度及稳定性要求较高,以便能够实时快速地反馈信号,并与模温控制设备协调工作。注塑机最好配备塑化能力强的螺杆,同时要求螺杆对材料的剪切尽可能小。高光注塑工艺控制根据不同产品和模具结构及模温设备的不同而有着较大差异,但一般应遵循以下原则:尽量采用高的模具温度,采用蒸汽加热模具或E-MOLD技术时,模具局部区域可以达到150℃或更高;为了更好地复制模具表面,成型温度应适当高一些,注射压力应尽可能大;为顺利排气,需要采用多级注射速度;任何工艺的调整如螺杆转速、不同阶段的注射速度等,都要考虑减少材料的剪切。
        彩塑件免喷涂的解决方案
        直接注塑特殊色彩免喷涂树脂成型可使制品实现珠光、闪烁珠光等效果。相比喷涂产品,它容易成型、成品率高,制件可100%回收再利用,不产生对环境有害的气体、粉尘等污染物质。此外,色彩可帮助客户应对多样化、差别化的市场需求。
        由于彩塑件免喷涂树脂中添加了特殊颜料、金属颜料等,在材料的加工过程中,在温度和剪切力的作用下,金属颜色容易充当催化剂的作用,引起材料降解,造成制品表面产生气痕或银丝、甚至是表面气孔及材料发黄降解等不良现象。另外,注射速度过高造成剪切过大,金属颜料将沿着剪切方向进行排布,使产品表面产生熔接痕和流痕,影响产品外观。因此,在实际生产中需要合理的模具设计和注塑工艺配合,才能制备出完美的制件。
        彩塑件免喷涂材料的加工工艺的关键点在于:在成型加工前必须对特殊色彩效果树脂进行干燥,否则可能导致制品表面出现银丝和水花,并影响制品的表面光泽度。通常要求干燥后色彩效果树脂的含水量应控制在0.05%以下,干燥温度为70~85℃,干燥时间为3~4h。温度过高容易引起材料性能降低;温度过低、干燥时间不够,树脂含水率过高,制品表面容易产生气痕。由于免喷涂树脂中添加了金属颜料,在螺杆的高剪切作用下,容易引起金属颜料的变色。因此,色彩效果树脂的成型温度设置原则是在确保材料充分塑化的前提下,尽量采用中低温度注塑,以防止材料降解。
        在使用色彩效果树脂注塑时,选择注射速度需考虑制品的外观、模具的排气以及注塑机型腔内树脂流动的阻力。较快的注射速度一般会使熔胶流程加长,适合充填薄壁制品,并形成较好的表面光洁度和表面效果。但过快的注塑速度容易使熔胶遭受强剪切,导致珠光色粉形状和粒径发生破坏而降低制品的特殊色彩效果。另外,浇口附近容易出现喷射痕、排气不良等问题。在保证产品表面效果和质量的前提下,选用中速的分段阶梯式速度控制,可以确保充填顺畅和良好的制品外观。
        注射压力是为了克服熔体在流动过程中的阻力,给予熔体一定的充填速度及对熔体进行压实、补缩,以保证充填过程顺利进行。实际注射压力跟许多变量有关,如熔体温度、模具温度、制件几何形状、壁厚、流动长度以及其他模具和设备情况。通常,最好选用能满足性能、外观和注射循环的较低压力。同时要关注实际注射峰值压力与设定值的差异。一般情况下,合适的保压压力为注射压力的60%~80%。模具温度直接影响最终制品的表面光亮度、熔接线及其强度等。使用高的模具温度可以增加材料流动性,获得较高的结合线强度,并且能降低成型制品内应力,使其耐热性和耐化学品性更好,同时提高熔胶对模具表面的复制性,提高制品光泽度和色彩效果。
        结语
        低碳与环保不再是一个概念,而已转化为实实在在的行动。选择使用可回收又环保的塑料零部件不仅是汽车制造商的责任,也是汽车材料供应商必须应对的挑战。免喷涂技术能大量节省生产时间和成本,提高产品质量,增加图像复杂性和产品耐久性,最适宜应用在汽车、家电、通信产品和日用品等外观上。同时,此项技术也满足了消费者对创意性及美感的需求。
        随着汽车技术的进一步发展,更薄、更时尚和更环保将是未来的产品设计方向。鉴于此,环保低碳的免喷涂高光无痕注塑成型技术将会得到更多的应用,并随着塑料材料、模具以及注塑设备和成型技术的发展而得到不断完善,从而更有效地帮助中国的汽车企业提升在国际市场上的竞争力。汽车制造商应与材料供应商一同携手扩大免喷涂材料的应用,共同促进汽车和塑料产业经济的可持续发展。
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