吹塑成型正在尋找新的核心用途。無(wú)油漆模內(nèi)薄膜裝飾和碳纖維復(fù)合材料正在進(jìn)入外觀和結(jié)構(gòu)零件領(lǐng)域。而且，長(zhǎng)纖維熱塑性塑料正在使新型乘用車內(nèi)外零件的重量和成本降低。
大幅度提高零件強(qiáng)度、減少加工和組裝步驟以及減少修邊量……這些都是汽車制造商非常希望實(shí)現(xiàn)的。這些品質(zhì)在第32屆年會(huì)SPE汽車分會(huì)展覽會(huì)進(jìn)入決賽的產(chǎn)品上充分體現(xiàn)出來(lái)了。創(chuàng)新獎(jiǎng)獎(jiǎng)項(xiàng)的獲獎(jiǎng)產(chǎn)品也在不久前宣布了。在20個(gè)進(jìn)入決賽者中，有5項(xiàng)領(lǐng)先潮流的應(yīng)用和技術(shù)被選為獲獎(jiǎng)?wù)?。?/SPAN>16位評(píng)判員當(dāng)中，包括塑料、汽車和設(shè)計(jì)出版物的編輯，以及技術(shù)咨詢?nèi)恕⒋髮W(xué)教授和至少一位已退休的汽車制造公司的執(zhí)行官。
在本年度的獲獎(jiǎng)?wù)咧?，有兩個(gè)突出的例子顯示出無(wú)油漆模內(nèi)薄膜裝飾技術(shù)正在進(jìn)入大型外部車體板件領(lǐng)域。另外兩個(gè)獲獎(jiǎng)?wù)邞c賀他們長(zhǎng)久期待的碳纖維復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)底盤應(yīng)用方面的突破。有四個(gè)進(jìn)入決賽者證實(shí)了長(zhǎng)纖維熱塑性塑料在車內(nèi)和車外零件應(yīng)用領(lǐng)域日益凸顯的重要性。還有兩個(gè)進(jìn)入決賽者認(rèn)識(shí)到吹塑成型在汽車內(nèi)件和第一個(gè)可電噴涂的全熱塑性塑料前端支架領(lǐng)域的機(jī)遇。
告別老式油漆
汽車和其它制造行業(yè)為了避免既煩瑣又費(fèi)錢的涂漆操作，對(duì)于改用可成型的“干漆膜”越來(lái)越感興趣。這種材料就是涂覆了可拉伸漆層的塑料薄膜，在薄膜熱成型時(shí)，漆層可保持其完整性。典型的用途采用熔融樹脂注塑成型法背襯的已成型漆膜作為嵌入件。在有些情況下，采用厚型涂漆片材直接熱壓成型為車體零件。
目前的趨勢(shì)是將干漆膜用于越來(lái)越大型的零件上。通用汽車公司2003款Chevrolet Trailblazer North Face車的鑲嵌成型件恐怕是迄今最大的漆膜應(yīng)用了（6.5ft長(zhǎng)），而且據(jù)報(bào)道，是干漆膜在產(chǎn)品汽車上首次熱壓成型高光澤車體色的應(yīng)用。這種零件獲得了車體外類的創(chuàng)新獎(jiǎng)。
干漆膜來(lái)自SoliatLLC公司，四層結(jié)構(gòu)的Fluorex薄膜由可熱壓成型的面層（成型后剝離掉）、含氟聚合物透明層、顏料層和粘接層/底層構(gòu)成?；氖?/SPAN>150密耳厚的TPO片材，它由Spartech Plastics公司用擠出層壓法粘接在漆膜上。零件由位于密執(zhí)安州Grand Rapids市的Stac Pac公司進(jìn)行熱壓成型和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制修邊。
TPO塑料的熔體強(qiáng)度低，過(guò)去一直是很難于加工成型的材料，但是，由于在材料方面的改進(jìn)和加工專有技術(shù)的引入，像這種大型熱壓成型零件正在日益得到普及。Equistar Chemicals公司專門為此用途研制了一個(gè)反應(yīng)器TPO牌號(hào)Flexathene PD 951，它是為了適應(yīng)在成型過(guò)程中即使達(dá)到300%拉伸率時(shí)與漆膜仍有良好的粘接能力而專門設(shè)計(jì)的。TPO還必須具有較高的熔體強(qiáng)度（由高分子量聚丙烯基體提供）、低的CLTE以及較好的剛性和低溫沖擊性能。
對(duì)于這種用在特種車輛上的零件，不采用注塑成型而采用了熱壓成型，是由于產(chǎn)量相對(duì)較小（每年7000～8000輛車）和研制所需的時(shí)間較短。原型零件在3～4個(gè)星期內(nèi)就能做出來(lái)，安裝生產(chǎn)機(jī)具只需要８?jìng)€(gè)星期。據(jù)說(shuō)，每個(gè)零件可以節(jié)省7%～10%的油漆費(fèi)用。另外，干漆膜比油漆具有更好的耐候性和耐化學(xué)品性能，而且不會(huì)碎裂。層壓片材的碎屑可以回收，因?yàn)榭梢园阉匦履ニ?，放回?/SPAN>TPO基材中去。
同時(shí)，Mayco Plastics公司開發(fā)了一種不同的非涂漆方法，據(jù)報(bào)道，此方法比干漆膜法的成本更低，并且也許更適合于像保險(xiǎn)杠面板那樣復(fù)雜的深度拉伸零件。薄膜是由Mayco公司和戴姆勒克萊斯勒公司（其專利正在申請(qǐng)之中）以及兩家材料供應(yīng)商合作開發(fā)的。Mayco公司負(fù)責(zé)擠出一種富有光澤的彩色薄膜，然后把它熱壓成型為零件的形狀，放到注塑模具里，在它的背面注塑熔融的物料。
Mayco公司的“壓入著色”（MIC）薄膜由于屬首次商業(yè)應(yīng)用而榮獲了SPE獎(jiǎng)。2002款戴姆勒克萊斯勒Dodge Neon車的前面板（它是由Mayco公司將聚丙烯共聚物注塑在壓入著色薄膜的背面制造的）是工藝實(shí)現(xiàn)技術(shù)類的獲獎(jiǎng)?wù)摺?/SPAN>Mayco公司稱，該技術(shù)的一大優(yōu)點(diǎn)是此薄膜可以與金屬色車體漆相匹配。擠出機(jī)模板的特征有助于使金屬片狀粉末定向。
壓入著色薄膜可以達(dá)到A級(jí)表面光潔度，這在顏色、DOI和光澤度方面可與車體漆相匹配，但是它比油漆更耐劃傷和撞擊。與油漆相比，據(jù)說(shuō)每件面板可以節(jié)省5～10美元。
壓入著色薄膜還將用作2003款Neon車的前部和后部面板，而且Mayco和戴姆勒克萊斯勒兩家公司都認(rèn)為可在車內(nèi)和車外部件方面獲得廣泛應(yīng)用。通過(guò)進(jìn)一步開發(fā)，壓入著色薄膜可以用作整個(gè)車的包括SMC和RIM或者SRIM零件的表層。厚度較大的薄膜也可以擠出，并直接熱壓成型為最終的零件。Mayco公司打算向其它模壓制品商和熱壓成型制品商提供壓入著色薄膜卷材和預(yù)切割片材，或者預(yù)成型的殼體。
四層結(jié)構(gòu)的壓入著色薄膜基于一種由A. Schulman為了透明性、可著色性和耐久性而研制的新型紫外線穩(wěn)定的離聚物Formion FI-311301V-01。一層5～6密耳厚的這種材料的透明層構(gòu)成薄膜的外表面。在它的下面是一層30密耳厚的離聚物色母料層，據(jù)報(bào)道，它可以被拉伸300%， 再下面便是由Schulman和ExxonMobil Chemical公司合作研制的粘接層，最下面的背襯層是ExxonMobil公司的PP7032共聚物。注塑成型的基材是ExxonMobil公司的PP8074共聚物。
薄膜用模具進(jìn)行熱壓成型，此模具的形狀應(yīng)當(dāng)與注塑成型模具完全匹配，以防止隨后產(chǎn)生皺褶。熱壓成型機(jī)是來(lái)自AVT公司的一種傳統(tǒng)的并列式機(jī)器。它有一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的爐子，用來(lái)加熱兩個(gè)模腔里的片材，與此同時(shí)，另外兩個(gè)零件正在進(jìn)行模壓和脫模。然后，Fanuc有關(guān)節(jié)手臂的機(jī)器人把預(yù)成型好的表層放入注射模具里。在成型之后，過(guò)多的薄膜被修剪掉。預(yù)期將來(lái)可以采用模內(nèi)修剪機(jī)構(gòu)進(jìn)行修剪。
碳纖維的里程碑
幾十年前曾預(yù)言碳纖維復(fù)合材料會(huì)取代金屬用來(lái)制造汽車底盤結(jié)構(gòu)件?，F(xiàn)在，這個(gè)預(yù)言正在變成現(xiàn)實(shí)。面板/硬件/組件類的SPE獎(jiǎng)項(xiàng)被2003款戴姆勒克萊斯勒Dodge Viper 運(yùn)動(dòng)車的碳纖維防護(hù)板支架系統(tǒng)獲得。據(jù)介紹，這個(gè)進(jìn)入決賽者是碳纖維在大型底盤或車外部件采用可以批量生產(chǎn)的工藝（即模壓成型SMC）的首次應(yīng)用。以前使用碳纖維的大型車體結(jié)構(gòu)件只出現(xiàn)在跑車或者其它式樣奇特的車輛上，而且是用預(yù)浸膠片或者濕疊層工藝制造的，不適宜大批量生產(chǎn)。
在這種情況下，大型部件就是左右防護(hù)板支架，從防風(fēng)玻璃罩一直延伸到大燈。它們每件重達(dá)4.25磅，采用含有55%無(wú)規(guī)則短切碳纖維的乙烯基酯SMC。未加玻璃纖維或者填料之前，它們的比重為1.4，而標(biāo)準(zhǔn)SMC的比重為1.9。相同的材料還用于構(gòu)成整個(gè)防護(hù)板支架系統(tǒng)的兩個(gè)較小的支架和兩個(gè)大燈支座。
這四個(gè)復(fù)合材料零件的總重量只有13.5磅，但它們卻取代了15～20個(gè)金屬零件，使重量減輕了40磅。薄壁（2mm）的SMC支架支承了整個(gè)車體的前端，并為34個(gè)部件提供了附著點(diǎn)，其結(jié)果是前端的剛度提高了22%。
在這種車上使用碳纖維復(fù)合材料還獲得了材料類的創(chuàng)新獎(jiǎng)。另外2磅CF-SMC用作整體式A支柱和防風(fēng)玻璃周圍部件。但是，獲創(chuàng)新獎(jiǎng)的是SMC門內(nèi)板。大多數(shù)門內(nèi)板都是低密度玻纖SMC制造的，但還有1磅Quantum公司的QMC 8590 CF-SMC用于提高門的鉸鏈安裝端的剛度，這里有一個(gè)鋼制鉸鏈支柱加強(qiáng)件被粘接在門內(nèi)板上，這使每輛車所使用的CF-SMC加起來(lái)總共有17.5lb重。
最新的方法是由戴姆勒克萊斯勒公司開發(fā)的采用重疊加料來(lái)“混合”碳纖維和玻纖SMC材料的技術(shù)。在對(duì)各種重疊加料安排進(jìn)行試驗(yàn)后，戴姆勒克萊斯勒公司設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)完善的連接界面，即使一次CF-SMC加料的末端夾心在兩次CF-SMC加料的末端之間，這很像一個(gè)舌榫接頭。搭接的長(zhǎng)度為4in，尺寸更小，重量減輕6.5lb，同時(shí)又使門的凹處的剛度提高了2倍。根據(jù)一份戴姆勒克萊斯勒的資料，下一步的革新將是用碳纖維產(chǎn)生A級(jí)表面（光潔度）。
吹塑的創(chuàng)新
一種全新的吹塑應(yīng)用贏得了車體內(nèi)件創(chuàng)新獎(jiǎng)。密執(zhí)安州Troy市的Kautex Textron公司首次為2003款戴姆勒克萊斯勒Jeep Wrangler車生產(chǎn)了吹塑成型的揚(yáng)聲器箱組件。這種在帶有蓄積頭的機(jī)器上制造的部件是用于揚(yáng)聲器和頂燈的單件（整體）殼體。兩個(gè)這種音箱安裝在輾桿上。黑色的、含有紫外線穩(wěn)定劑的材料是Spartech Polycom公司用20%玻纖填充的聚丙烯。它具有低的光澤度（2.3或者更低），據(jù)報(bào)道，這是很難達(dá)到的數(shù)值。它還具有低溫韌性，這大大超過(guò)了美國(guó)對(duì)頭部撞擊強(qiáng)度的要求。
其它新型吹塑成型車內(nèi)零件的應(yīng)用可能會(huì)隨著這一進(jìn)展而涌現(xiàn)出來(lái)。Kautex Textron 公司主管這種車輛的項(xiàng)目經(jīng)理Jim Schwaegerle說(shuō)：“既然我們已經(jīng)掌握了車內(nèi)零件的紋理和頭撞擊要求，我們就可以吹塑成型A、B和C柱了?！?/SPAN>
長(zhǎng)纖維突擊戰(zhàn)
在進(jìn)入本年度競(jìng)賽決賽的公司中，大多數(shù)集中在長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料領(lǐng)域，這反映出人們對(duì)于長(zhǎng)纖維粒料和在線摻混兩者的注塑和模壓成型以及對(duì)成型工藝的興趣激增。后者的一個(gè)例子是2003款福特F250/340“皮卡”和Explorer和Mountaineer SUVs的腳踏板。它是車體外件類的一個(gè)進(jìn)入決賽者，它是加拿大安大略省Woodbridge市的Decoma Mytox公司用40%長(zhǎng)玻纖聚丙烯注塑成型制造的。它們每塊的重量大約是13lb～17lb，僅是鋼制同類零件重量的一半。用單件復(fù)合材料腳踏板取代用43個(gè)零件組裝的部件，每輛車可以節(jié)省10美元。
這一用途是Decoma Mytox公司從Composete Products公司（CPI）獲得許可的特殊在線摻混和成型工藝后的首次大宗應(yīng)用，該工藝也用于成型一種型號(hào)的腳踏板。CPI工藝采用一臺(tái)單螺桿擠出機(jī)來(lái)熔融樹脂，并與添加劑混合；另一臺(tái)單螺桿擠出機(jī)用來(lái)?yè)交臁?/SPAN>0.5in的短切玻璃纖維?；旌衔锉粩D出到一個(gè)蓄積器里，從那里推出一條6.5in直徑的“圓棒”。這批料由一個(gè)機(jī)器人傳送到一個(gè)注射器里，用一個(gè)柱塞給一臺(tái)400t立式壓力機(jī)的雙腔模具喂料。零件至零件的操作循環(huán)時(shí)間是1.5min～2min。
長(zhǎng)玻纖/聚丙烯的在線雙螺桿摻混和模壓成型產(chǎn)生了另一個(gè)進(jìn)入決賽者，即2002款戴姆勒克萊斯勒Mercedes E級(jí)車的儀表盤支架。
注塑成型長(zhǎng)纖維粒料被用于2002款歐洲福特Fiesta車首創(chuàng)采用的塑料密封門組件。這個(gè)車內(nèi)零件類的進(jìn)入決賽者是注塑成型的30%長(zhǎng)玻纖/聚丙烯零件，它比傳統(tǒng)鋼制組件的重量輕2lb～3lb，節(jié)省的成本可達(dá)20%，或日每輛車5美元/磅。該零件由Faurecia公司采用StaMax LLC公司的長(zhǎng)玻纖粒料成型而成。
另一個(gè)注塑成型的進(jìn)入決賽者是StaMax公司的全世界首創(chuàng)無(wú)金屬支架全塑整體前端組件，它是由英國(guó)Faurecia公司為寶馬Mini Cooper車生產(chǎn)的。
聯(lián)機(jī)涂漆
號(hào)稱第一個(gè)“可電噴涂的”熱塑性塑料格柵口補(bǔ)強(qiáng)件（GOR）是底盤/硬件/組件類的另一個(gè)進(jìn)入決賽者。它出現(xiàn)在2003款福特Lincoln Navigator車和福特Expedition SUVs車上。它由密執(zhí)安州Fraser市的Venture Industries公司采用40%玻纖/礦物質(zhì)增強(qiáng)PET注塑成型而成，能夠經(jīng)受聯(lián)機(jī)電噴涂時(shí)410°F的高溫。所用的礦物質(zhì)是杜邦公司的Rynite 940牌號(hào)，它的熱變形溫度在66lb／in２為466°F，在264lb／in２為412°F。
Venture公司在一臺(tái)4000t壓力機(jī)上安裝了兩個(gè)格柵口補(bǔ)強(qiáng)件模具，并通過(guò)14個(gè)流道給每個(gè)模具加料。成型之后，將熱的零件放入水浴里冷卻，可將冷卻時(shí)間從使用冷卻風(fēng)扇時(shí)的8min減少至3min。
“沒(méi)有一個(gè)工程師想過(guò)熱塑性塑料的格柵口補(bǔ)強(qiáng)件（更不要說(shuō)這么大尺寸的零件）還能夠進(jìn)行電噴涂。這真讓我們開眼了，知道熱塑性塑料能夠做什么了，”福特公司車身工程管理人Lee Tsai說(shuō)。福特公司已經(jīng)放棄了一項(xiàng)后備的SMC計(jì)劃，因?yàn)?/SPAN>PET格柵口補(bǔ)強(qiáng)件至少可以使每個(gè)零件減輕10%的重量，節(jié)省15%的成本。
（轉(zhuǎn)載）
