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高质量低成本的MuCell微发泡注塑成型是嘛

发布时间:2021-07-16 03:02:20 阅读: 来源:打胶机厂家

高质量低成本的MuCell微发泡注塑成型技术

在注塑成型生产中,常常出现各种质量问题,如:收缩不均导致的部件尺寸不稳定和内应力问题、缩水痕、平直度不好、同心度或圆度不够、动平衡性不高、难填充等问题。目前,随着MuCell微发泡成型工艺的应用,使上述问题得以解决。MuCell微发泡成型工艺主要是依靠气泡的成长来填充产品,因此其成型过程是在较低而平均的压力下进行的。由于不像传统注塑成型那样需要机器的不断保压,因此产品的内应力大大减小,不同位置的收缩也变得非常平均。

MuCell?微发泡成型工艺过程可分成三个阶段:首先将超临界流体(CO2或N2)溶解到热熔胶中,以形成单相熔体并使之保持在高压下;然后,单相熔体通过开关式射嘴被射入到温度和压力较低的模腔中。由于温度和压力的降低,因此引发了分子的不稳定性,从而在制品中形成大量的气泡核。最后这些气泡核逐渐长大生成微小的孔洞。通常,制品的表层是未发泡的实体层,这是由于模具温度较低,表面树脂冷却迅速, 从而使气泡核没有成长时间而导致的未发泡。在成型过程中,由于单相熔体的形成,使树脂的黏度降低,从而流动性更高,这有利于降低熔胶温度、模温和射胶压力,使塑件的成型更稳定,成型视窗变大。

MuCell微发泡成型原理

使用MuCell工艺时,要求在注塑机上安装特别的螺杆和机筒。一般,当超临界流体被射入搅拌区后,需要特别的螺纹来切碎超临界流体,使之与热熔胶充分溶解从而形成单相熔体。因此,MuCell螺杆采用了特殊的螺纹设计。此外,由于单相熔体必须保持在一定的高压下以不至于出现离析,需要使用特殊的机筒。Trexel的机筒采用单向止逆阀和开关式射嘴设计,从而可在机筒前端的射出段形成一个密闭高压的区间。当注射时,开关式射嘴打开,单相熔体瞬间被注入到模具型腔中开始发泡。

通常情况下,用户只需要更换Trexel特制的螺杆和机筒,并加装注射器和射入界面系统,以及外接一个超临界流体控制器等,即可实现对现有注塑机的升级。另外,也可以在购买部分品牌的新注塑机时,直接在注塑机制造厂整和这些特制部件。一般,用于MuCell工艺的螺杆和机筒是定制件。考虑到与注塑机规格的配合问题,可以选用相近的螺杆直径,长径比通常是22:1或24:1。值得一提的是,加装了MuCell工艺装置后,还可以很方便地切换回原来的注塑系统中,使用户可以灵活地安排生产。

MuCell微发泡注塑成型工艺适合于目前几乎所有的热塑性材料。出于经济性和产品品质的要求,目前该工艺主要应用于品质要求较高、材料较贵的产品上。对于一些外观要求较高的产品,可以将MuCell工艺与表面喷涂或模内装饰技术(IMD)结合起来使用,以获得无缩水痕、更平直、外观更好的产品。

目前,MuCell微发泡注塑成型工艺在汽车行业中得到了广泛应用,主要应用包括:发动机罩和动力系统部件,电气/电子部件,变速箱,运动部件,采暖、通风、空调和散热系统部件,风扇护罩,阀门外壳,密封部件,门板,手套式操作箱,扬声器外壳等。

用一个工序成型出高质量的柔触内饰件

通常,柔软触感的汽车内饰件如仪表板等需要采用多个生产工序、经聚氨酯发泡后才能被最终生产出来。对此,一年前在ENGEL公司的一个研讨会上,人们提出了一种新的生产观念,即通过引入MuCell微发泡注塑成型工艺,以便在一台设备上完成制品的注塑成型和发泡成型过程,从而减少目前过多的生产环节。这一新的生产观念被称作“Dolphin技术”,利用该技术,能够以较低的成本和较高的生产效率生产出高质量的、具有柔软触感的汽车内饰部件,如仪表板、中控台和仪表板上的小型工具箱等。

据介绍,新一代的Dolphin技术不采用像聚氨酯这类的热固性材料,取而代之的是利用MuCell微发泡注塑成型工艺,在A面表皮的背部形成泡沫层,从而只需要一个生产工序就能方便地生产出柔触内饰部件。而传统技术却十分耗时,通常需要三个独立的操作过程,其中还涉及到不同类型的塑料材料,包括:仪表板骨架的成型、柔触表皮的生产,以及骨架与表皮的复合,这些独立的操作都是在不同的设备上进行的。

MuCell微发泡成型工艺的硬件系统

在该研讨会上,一台ENGEL的双组分大容量DUO 11050/4550/1500 Combi M 系列注塑机,演示了采用Dolphin技术生产柔软触感的客车仪表板的过程。首先,采用玻纤增强的PBT/ASA合金 (BASF的Ultradur S4090 IGX)材料注塑成型仪表板骨架,然后利用MuCell工艺,使用专用的聚酯材料(Pibi这是需要车企下工夫去做的flex,P-Group公司的预发泡热塑性聚酯泡沫) 进行包覆成型。据说这两种材料之间的化学吸引力足以确保获得很好的粘接效果。

该生产中所使用的ENGEL注塑机的合模力可达到15000 kN。该设备的特点是,有两个面对面布置的注射单元,在一个中心转台上有两套模具,中心转台的控制则被集成在设备的控制系统中。

因为只需要一个生产工序,因此从物流的角度考虑,与传统的多层泡沫制品生产技术相比,新技术的生产速度更快、更经济、更简单。利用该技术,可以使用目前所有的热塑性塑料方便地生产出具有柔软触感的产品。与传统工艺中所使用的不可回收的热固性塑料相比,Dolphin技术生产的制品能够回收利用,而且最大程度地降低了生产中的运输成本。

为尼龙引擎盖带来更高的表面质量

目前,一些汽车行业的客户希望采用MuCell微发泡成型工艺生产外观产品。为此,Trexel与Rhodia展开了合作。根据合作协议,作为合作一方的Rhodia负责为MuCell微发泡工艺积极开发和推广经优化的新材料,合作的另一方Trexel将得到Rhodia 的独家授权,从事聚酰胺的应用。

Trexel和Rhodia的战略合作目标是,共同为聚酰胺产品提供新的应用价值。例如,为引擎盖下的应用,如摇杆盖和进气歧管等部件带来新的价值和性能,从而为新一代的热塑性聚酰胺在前端模块的应用开发方面提供技术支持。

在NPE 2006展会上,Trexel 和 Rhodia 聚酰胺工程塑料业务单元共同推出了由Rhodia专为 MuCell微发泡工艺开发的新型玻纤增强的TECHNYL XCell PA6.6 和TECHNYL Xcell PA6级别的尼龙产品。据说,该新型尼龙树脂材料具有良好的流动特性,当采用MuCell 微发泡工艺进行生产时,表现出了良好的性能稳定性,可使最终产品在保证机械性能不变的情况下,还可获得极佳的外观效果。

采用Dolphin技术能够在一个生产工序中生产出柔软触感的汽车内饰件,

如仪表板外壳,而传统的工艺通常需要三个工序

Rhodia与Trexel战略合作的一个重要行动是,与位于德国Dillenburg的Weber公司合作,使用Weber为欧洲一家重要的OEM设计的用于生产引擎装饰盖的系列模具进行工业化试生产。尽管没有对模具进行任何改动,但仍然生产出了外观质量很好的产品。据了解在NPE展会上展出的引擎装饰盖是由位于奥地利Braunau的EKB Elektro-und Kunstofftechnik GmbH公司试制生产的。在生产中,该公司采用了500t的注塑机和90mm 的MuCell 螺杆。

该工业化的试生产表明,TECHNYL Xcell材料除了具有优异的刚性稳定性、热变形温度和缺口冲击性能外,还能节省10%的密度。因此当被用于MuCell 工艺时,其所带来的优势包括重量减轻、制品的翘济南试金拉力实验机位移异常的保护为以下3个步骤:曲变形小、注射成型快、注塑压力和模内应力都更低。

采用MuCell工艺和TECHNYL Xcell材料成型的Weber引擎装饰盖具有出色的表面质量

“很多行业的用户已经体验到了使用MuCell微发泡工艺生产的制品所拥有的质量、性能、成本效益等方面的优势。” Rhodia聚酰胺业务市场战略部总经理Philippe Guinot说,“Weber引擎装饰盖的试制成功表明,Rhodia开发的TECHNYL XCell PA6.6 和TECHNYL Xcell PA6 级别的材料,以及经优化的MuCell工艺为制品带来了优异的力学性能,且保证了制品的表面质量。”

“这个协议还涉及到由Rhodia负责对材料做进一步的改进,用以克服在材料被注射入模具中时,材料和模具之间有气流进入。” Trexel的总裁兼首席执行官David Bernstein说,“Trexel 对MuCell微发泡工艺参数做了进一步的优化,包括注射面(profiles)、浇口尺寸、注射速度、模塑温度和熔体温度等,以期获得无可挑剔的表面质量。其中关键在于材料配方的突破和工艺的持续优化。”

减少结构部件的翘曲变形

Schefenacker Vision Systems Australia Pty Ltd的主要产品是汽车内饰,以及外饰中的后视镜和后视镜调节器,产品主要供应给澳大利亚的4家汽车制造商。同时,其后视镜还供应给美国的Ford、日本的Mazda、Suzuki 和 Isuzu公司,而后视镜调节器则销售给该公司在法国、西班牙、英国和美国的姐妹公司。因此,出口占到了该公司整个业务的80%。2004年,Schefenacker 开始进入汽车门把手市场,并从该项业务中获得了更多的收益。

Ford的表壳框架(Case Frame)采用50%玻纤增强的PBT制成

最近,Schefenacker和Trexel一起,为Ford和Toyota开发了两种创新性的结构部件。据Schefenacker 的生产工程师Joe Kennedy介绍,通常情况下,注塑生产中的关键因素是成型周期,但对于这两个项目,成型周期并不是他们考虑的重点,避免部件的翘曲、获得较好的尺寸稳定性才是这两种结构部件成型的关键。“过去我们已经节省了10%的成型周期,现在我们采用MuCell工艺的目的是为了减少部件的翘曲变形。我们从Trexel 那里得到了很好的技术支持。目前我们拥有3台可用于MuCell工艺的生产设备,另外还有一台正在订购中。每年我们将为Ford提供35万套表壳框架(Case Frame),为此项目我们将使用1~2台设备用于全日制生产。”

Ford 的表壳框架(Case Frame)采用了50%玻纤增强的PBT材料,在一个双型腔的模具中成型,成型周期仅为46s。生产该制品采用了420t的Arburg设备,但实际上其所需要的合模力仅为200t。据Schefenacker 称,实心制品通常需要650t的设备。“制品最终的重量是754g。我们减轻了10%的重量,而且翘曲变形确实减少了,尤其是在支架部位。” Kennedy 说。

使用MuCell微发泡工艺生产的Hyundai Elantra 的HVAC盖重量极轻,

同时还帮助降低了汽车的噪音

Toyota 的门把手框(Door Handle Frame)采用的是30%玻纤增强的尼龙材料,在一个4型腔的模具中成型,成型周期为40s。制品最终的重量是85g,减轻了10%。同时翘曲变形也明显减少。该生产是在一台 350 t的 Engel注塑机上完成的,所需要的合模力仅为100t,相比较而言,实心制品则要求350t的合模力。

“这些项目运作得很成功。我们所追求的尺寸稳定性已经实现。然而,如果没有MuCell?工艺,这些目标是无法实现的。” Kennedy说,MuCell工艺帮助该公司减少了制品的翘曲变形,同时制品重量的减轻和成型周期的缩短还为其带来了额外的利润。

缩短车锁壳体的成型周期

一家大型的车锁系统生产商获得了北美一家OEM的大订单,为该OEM提供车锁壳体(lock housing)。为此,该公司采用了位于德国Espelkamp 的Erwin Quarder Systemtechnik 公司为其提供的产品设计、模具和塑料壳体的生产方案。Erwin Quarder 提供的创新性方案被称为“Tandem 模具”。这一高设计水平的模具通过与MuCell微发泡工艺的结合,大幅度缩短了产品的成型周期。

Tandem 模具使用了叠层模具(a double daylight mold)的概念,即在两个型腔中轮流注塑,当一个制品冷却时,注塑另一个制品。在全合模力的作用下,模具处于关闭状态以完成注塑和保压过程。

MuCell微发泡工艺与Tandem 模具的结合所带来的最大好处是,缩短了保压时间。

在Erwin Quarder的工业化试生产中,与传统的、使用单层模具生产实心制品的注塑成型相比,使用Tandem模具节省了33%~35%的成型周期。然而,当Tandem 模具与MuCell微发泡工艺结合使用后,成型周期可节省50%以上。

基于目前的成功经验,Erwin Quarder正在制造一个“4 + 4 ”的Tandem模具,以采用MuCell工艺生产车锁壳体。该公司将在德国采用420t的Krauss-Maffei设备进行试制,然后转向北美进行批量生产,届时Trexel也将提供一整套技术支持。

用于TPV 耐候密封条的生产

目前,ExxonMobil Chemical 在日本Chidori 的Santoprene TPV 技术开发中心安装了一条用于MuCell微发泡工艺的TPV 挤出生产线。

Santoprene TPV 技术开发中心主要支持地域性的TPV 开发项目,为亚洲汽车行业开发耐候性MuCell TPV 密封条,重点是针对韩国和日本的客户。另可在部份场合下替换喷涂外,该技术开发中心还为其他地区开发新的应用。

据ExxonMobil Chemical介绍,该公司专为MuCell微发泡工艺而设计的新型Santoprene TPV F150 级材料克服了传统TPV 材料的很多弱点和不足,同时还提高了材料的弹性、柔软性、可发泡性和表面性能。与传统的不可循环利用的EPDM橡胶耐候密封条相比,该TPV材料制成的耐候密封条不仅可循环利用,而且重量更轻,并有更多的颜色可供选择。针对目前日本和韩国的很多汽车厂商对TPV耐候密封条的迫切需求,Santoprene TPV 技术开发中心将首次采用Berstorff的挤出生产线以及MuCell微发泡工艺进行耐候密封条的生产。

Trexel公司首席执行官David Bernstein介绍说,目前在欧洲及世界其他地区,已有很多耐候密封条的生产商安装了Berstorff 的设备。基于Berstorff 设备的应用基础,生产商可以方便地对Berstorff 设备进行升级,用于MuCell微发泡工艺来生产TPV耐候密封条。

高尺寸稳定性的HVAC系统盖

通常,在汽车的HVAC系统中,冷却风扇产生的强大空气流被用于吹散引擎散热器和压缩机的热量。这往往带来很大的噪音,带给人不舒适的感觉。为此,Hyundai 在其Elantra车上安装了采用MuCell占地面积小微发泡工艺成型的轻型高性能的HVAC系统盖,从而为驾乘者带来了舒适的感觉。

尽管HVAC系统盖不属于高性能部件,但由于这一部件位于引擎盖下,常常处于极高或极低的环境温度中,因此提高该部件的尺寸稳定性非常重要。

对于韩国的汽车制造商而言,MuCell微发泡工艺是一项较新的技术,为了确保该工艺的可靠性,他们在试生产的过程中,对采用该工艺生产的不合格品率与传统注塑成型方法进行了仔细的对比,结果令人满意。此外,他们利用该工艺还减轻了9%的部件重量。

Trexel 在韩国的合作伙伴PlusHUB 的市场总监S.K. Lee说:“很多制造商都在寻求各种方法,以期降低部件的成本,但是,真正有效的方式是减轻汽车的重量,以此来降低生产成本。Hyundai 的HVAC系统盖的生产就是一个很好的例子。采用MuCell微发泡工艺能优化生产工艺,得到高质量的制品,从而使部件获得良好的尺寸稳定性和使用性能,以及更轻的重量,并且能帮助降低汽车的噪音。”(end)

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