抗冲击、轻盈、低成本聚氨酯的内模箔片发泡
时间:2005-07-06
智能型配方的复合材料在汽车业正被越来越多的人所关注。这种发展的驱动力不只是在某些时候它有可能实现真正的重量减轻。实实在在的主要原因也是因为通过持续地应用先进的配方概念所带来的经济上优点。这里的关键词是综合功能的可能性和模块化日增的趋势。 内模发泡箔片代表着一种特别具有前途的材料组成。将塑料箔片与聚氨酯内模箔片结合在一起的组成现在产生出一种令人注意的性能。它们结合了轻质、高稳定性和高品质表面，这令费钱的上漆步骤显得多余。
低成本下的高品质表面
箔片技术在汽车技术以外有着实在的未来潜能，现在已经达到运行成熟境界。“表面质量优良，但成本要尽可能低”的困境使目标冲突的塑料工程师们坐在一起，这可以通过内模箔片注塑和内模发泡得到完美解决。依靠高品质箔片成功应用，这种方法已经被带入到汽车领域，在其它领域中，一方面它有赖于在原料和箔片成本之间找到经济上的平衡，而另一方面有赖于在表面质量上的要求。
由4层材料组合所构成的冰箱前门是一个例子（图1），意大利GMP公司以两步法生产出来的，借助了两个聚氨酯系统和优质热塑性箔片。在这里，核心生产步骤是利用真空热成型方法的热塑性箔片内模发泡，箔片的4mm厚层由拜耳出品的微孔Baydur60所组成。一个抗弯折的碗状物在这里形成，甚至不需要额外的嵌入式增强物，这个碗也是非常稳定的。在随后的制造步骤中，PU绝缘泡沫被插入。
在这个被GMP公司叫做FPT（箔状PU技术）过程的制造方法中，内模箔片发泡的一些优点已经变得清楚。因为这种深拉、随意着色的箔片有着突出的表面性能，并消除了随后的上漆步骤，所以与随后需要费钱上漆的传统PUrim(反应注塑)相比，生产成本可以降低30%。而且，高度自动化的FPT过程有着较高的生产能力，并为设计师提供了PU的典型优点。所以在复合物的聚氨酯部分中，壁厚有可能出现剧增。除此以外，被塑件的尺寸可以相当随意地确定。
纤维增强物增加潜力
由此很清楚，利用融合了聚氨酯发泡材料的内模箔片发泡技术几乎是为家居、卫浴和高档娱乐电子产品而预定的。如果以纤维增强系统而不是非增强型聚氨酯为参考，它们的潜力被最大地扩展。这实际就是新型FFT（箔状纤维PU技术）过程的核心点，这也是由GMP公司所开发出来的，并获得了专利。
GMP公司的开发人员和工程人员满足了建筑设备和家用机械工业的需求：
◆ 塑件的重量和成本降低；
◆ 工艺的生产能力高；
◆ 良好而美观的表面；
◆ 高水平的机械性能；
◆ 质量稳定；
◆ 接近金属的膨胀系数，装配简便。
纤维增强物大大地提高了被塑件的强度和尺寸稳定性。增强型PU材料因为良好的机械性能，可以小的壁厚而为人注意。利用FFT技术生产出来的塑件具有适用于小壁厚的高硬度值，图2在对不同材料的比较中确定这一点。
FFT部件被设计得略厚，目的是获得相同的“结构性”韧度。在FFT过程中生产出来的PU塑件密度明显较低，除了较大的塑件厚度，它还提供明显降低的重量。图3清楚表明了重量优势。该图也表明，FFT塑件与SMC塑件相比，密度较低，而抗冲击性相同。
FFT塑件还具有的特色有：表面硬度优良、耐化学腐蚀、电气性能良好、热膨胀系数低、隔热隔音效果优良。
易于喷涂处理
在FFT制造方法中，粗纱布上引出的玻纤在混料头中被计量。随后利用机械手把混合物喷涂在一个敞开模具中的热塑性箔片之上。一般的玻纤含量在15-40%之间，一般的纤维长度在25-50mm之间。但是对于特殊用途，可以应用完全不同的量。在施加了这种混合物以后，模具被闭上，聚氨酯发泡、硬化、并与仍保持在较高温度之下的箔片材料形成一种稳固持久的联结。
这种PU技术与PU RIM工艺相比已为人所知的优势可以自然地被用于FFT步骤中。所以壁厚增加可以轻松地形成。加入其它的金属增强物通常是不必要的，但却是仍有可能的。
装配件如螺母和绞链自然是由液体聚氨酯发泡而成的，并被牢固地与塑件联结在一起。利用FFT工艺制作出来的产品另外还展现出更大的多功能性，因为通过变化玻纤含量和玻纤长度，有可能实现顾客定制弹性、强度和冲击强度的塑件。新工艺的一个优点是 ：可以变化玻纤长度和玻纤含量，同时又把PU混合物施加到热塑性箔片上。由此，特别受力的地方可以这样的方式被增强，不会有问题。
性价比高的多功能箔片
FFT技术关注于以PVC或PET-G为基础的材料，表面质量有着多种选择。在成形之前自然涂加的高性能聚丙烯酸涂层赐予箔片良好表面性能、优良表面硬度和耐刮性、良好化学品稳定性（如抗清洁剂或乙醇）。在成型过程中，肉眼可见的箔片表面被一片可移动的50mm厚PE-LD箔片所格外保护。
对于外部应用，GMP公司利用的是PVDF材料。合适的被塑件有以下特征：
● 光泽度达80%（反射角60°）；
● 紫外光诱发的光泽损失<4%；
● 表面硬度小于铅笔F级；
● 与油接触24小时后无变化；
● 与烃类接触24小时后无变化；
● 与水接触100小时后无变化；
● 碱介质中稳定；
● 酸介质中稳定。
玻纤增强型聚氨酯与两个箔片完美地附着在一起，一片用于内部，一片用于外部，且不会出现分层。
高生产能力
FFT技术和FPT技术完全消除了所有的涂漆步骤。与传统工艺相比，这产生出较短的整体周期时间。在一个有着四个工位的简易生产工厂里，每个工位可以一天两班地生产出100至120个塑件。对于这样的一个工厂，可以达到10万只塑件的年度生产能力。
模具小和初始成本低也是这种工艺的令人信服的经济性。所以聚氨酯技术能够利用特别经济的铝质模具，因为模内压力低。这不仅在成本计算中变得明显，而且使加工厂能对变化了的市场趋势做出更为灵活的反应。
FFT工艺为箔片技术打开了更宽广的用途，它依靠的是实在的稳定性、极佳的经济性和优良表面质量，不必符合A级表面的需要。这种用途的一个范例是建筑和农用机械的车身部件，如挖掘机（图4）或拖拉机（图5）。这里受关注的焦点不是高光泽的漆层，而首先是持久的表面质量、低重量和经济性制造。
结实光亮的无漆层表面
主图显示的是通过FFT技术，由GMP公司为日本Komatsu公司所制造的挖掘机引擎罩。
这种车辆的大型引擎罩以前是由GMP公司以反应注塑（RIM）聚氨酯而制造出来的。转而使用FFT制造方法的原因一方面是想塑件有更佳的稳定性，而另一方面是有必要发掘更深入的成本优势。
在传统的RIM工艺中，引擎罩是以单一工件被制造出来的。内部填充物随后被粘结在一起。而现在对于FFT技术，引擎罩的侧边部件和顶部被分别制造，随后被组装。新型引擎罩的优点是车子侧边也可用玻纤进行增强。
早在设计阶段，FFT塑件就因更为经济和更能机械承载而受得普遍的欢迎。尺寸740mm×1500mm×750mm、重量12kg的FFT挖掘机引擎罩由三个分开的部件所组成，厚度为3.5至4mm。FFT解决方案的稳固度在跌落试验中特别清楚地表现出来。FFT引擎罩可承受较高的负荷。FFT引擎罩的表面韧度高得足以经受不严重的事故，而不会有损坏。
这项工程中的模内箔片发泡技术在经济上也是令人信服的。整个生产包括了较低的模具成本（铝质模具）、利用FFT工艺每班较高的生产量、不用漆层，引擎罩的生产成本可以明显降下来。根据GMP的内部计算，这些成本约低了30%。
迄今为止尚未讨论的一个方面是环境适应性。通过节省后续的涂漆，从而在整个工艺链中不含溶剂，所以FFT工艺可以被看作更加不具污染性。所以，不仅因为较轻重量、较低成本和出众的机械性能，而且因为环境影响性更小，FFT塑件在建筑车辆和农用机械领域可更好地取代传统的外部件材料。而且，对于那些希望开发出产量高、起动投资少的生产的厂家来说，FFT生产工厂是具有吸引力的。这种车辆的大型引擎罩以前是由GMP公司以反应注塑（RIM）聚氨酯而制造出来的。转而使用FFT制造方法的原因一方面是想塑件有更佳的稳定性，而另一方面是有必要发掘更深入的成本优势。
在传统的RIM工艺中，引擎罩是以单一工件被制造出来的。内部填充物随后被粘结在一起。而现在对于FFT技术，引擎罩的侧边部件和顶部被分别制造，随后被组装。新型引擎罩的优点是车子侧边也可用玻纤进行增强。
早在设计阶段，FFT塑件就因更为经济和更能机械承载而受得普遍的欢迎。尺寸740mm×1500mm×750mm、重量12kg的FFT挖掘机引擎罩由三个分开的部件所组成，厚度为3.5至4mm。FFT解决方案的稳固度在跌落试验中特别清楚地表现出来。FFT引擎罩可承受较高的负荷。FFT引擎罩的表面韧度高得足以经受不严重的事故，而不会有损坏。
这项工程中的模内箔片发泡技术在经济上也是令人信服的。整个生产包括了较低的模具成本（铝质模具）、利用FFT工艺每班较高的生产量、不用漆层，引擎罩的生产成本可以明显降下来。根据GMP的内部计算，这些成本约低了30%。
迄今为止尚未讨论的一个方面是环境适应性。通过节省后续的涂漆，从而在整个工艺链中不含溶剂，所以FFT工艺可以被看作更加不具污染性。所以，不仅因为较轻重量、较低成本和出众的机械性能，而且因为环境影响性更小，FFT塑件在建筑车辆和农用机械领域可更好地取代传统的外部件材料。而且，对于那些希望开发出产量高、起动投资少的生产的厂家来说，FFT生产工厂是具有吸引力的
