聚氨酯自结皮重卡扶手总成的生产工艺_姜前道

1、摘要:介绍了聚氨酯自结皮重卡扶手总成的结构和所用材料,扶手总成的生产设备、模具和工艺等;通过分析影响发泡质量的关键因素,选择出优化的聚氨酯自结皮重卡扶手的发泡工艺条件;介绍了聚氨酯自结皮重卡扶手物理性能和机械性能的典型指标;为扩大聚氨酯自结皮材料在汽车饰件领域的应用范围,研制和开发环境友好型聚氨酯自结皮制品是今后的主要发展方向。关键词:重卡扶手 聚氨酯自结皮材料 反应注射模塑工艺中图分类号:U466 文献标识码:B聚氨酯自结皮重卡扶手总成的生产工艺烟台汽车内饰总公司 姜前道 任桂贤 华春晓 李 贤重卡驾驶室软装化是一种发展趋势,扶手是驾驶室内饰的重要组成部分,扶手安装在门板钣金骨架上,起到推拉

2、车门和主、副驾驶员搁放手臂的作用。如果发生紧急情况,驾乘人员与软质车门扶手发生碰撞时,可减轻伤害。与其它扶手材料(硬质塑料管、钢管等相比,聚氨酯自结皮重卡扶手具有坚固的结皮层和柔软的泡沫芯层,制品牢固而富有弹性、手感好、表面可再现模腔表面的纹理(如桔皮纹等。RIM(反应注射模塑【1】工艺是成型聚氨酯自结皮重卡扶手的关键工艺,由于该工艺成型简单,能够一次浇注成型,所以多数重卡公司选用聚氨酯自结皮扶手总成。1 聚氨酯自结皮重卡扶手所用材料及其结构1.1 材料聚氨酯自结皮重卡扶手所用聚氨酯自结皮材料又称整皮模塑泡沫塑料(简称ISF。该材料的特点是:不使用其它塑料做表面材料,在发泡成型制品时,依靠发泡

3、组分一次性形成表皮和泡沫芯材,也就是利用RIM工艺和专用聚氨酯组合料一次性形成带坚实表皮的泡沫塑料制品【2】。聚氨酯组合料是双组分原料,A料是聚醚多元醇液体组合料,B料是异氰酸酯液体组合料,两种原料按一定比例混合后发生化学反应,生成固态的聚氨酯制品。为满足客户对产品外观更严格的要求, 可以在浇注成型(即利用高压发泡机将聚氨酯组合料灌注到成型模具中进行制品的生产之前,将预混了色浆的聚氨酯模内漆喷涂在模具中,使模内漆在成型过程中与聚氨酯材料结合为一体,从而在模具内完成了零件的表面装饰,大大降低了二次喷漆的费用,并提高了生产效率。1.2 结构聚氨酯自结皮重卡扶手的结构主要分为3层:漆 膜层、聚氨酯层

4、和骨架层(图1。漆膜层一般由单组分聚氨酯模内漆形成,颜色按客户要求;聚氨酯层包括结皮层(厚度为0.51.5 mm和泡沫芯层(密度为140430 kg/m 3,聚氨酯层的皮层分子结构与芯层分子结构相同,只是密度不同;骨架层一般采用金属材料,具体的尺寸和形状按照客户要求进行设计、制造。金属骨架预置在模具中,聚氨酯双组分组合料通过高压发泡设备浇注到模具中,经过发泡、熟化、脱模和修饰等工序制成聚氨酯自结皮扶手总成(图2。聚氨酯自结皮扶手的典型结构和材料规格见表1。2 聚氨酯自结皮重卡扶手的生产设备、模具及工艺2.1 生产设备发泡设备主要是指高压发泡机,主要由料罐、计量泵和浇注头(又称混合头组成。料罐有

5、两个,分别贮存A料和B料;计量泵的用途是计量每次输出的A 料和B料的质量;浇注头使两者在高压下混合,提高了混合的均匀性。A料、B料混合后发生完全的化学反应,生成聚氨酯。高压发泡机的主要工作原理(图3是:料罐中的A料和B料经计量泵准确计量后进入高压回路,在浇注头处经高压碰撞、混合后由活塞推入模具,在模具内发生化学反应,制成制品。浇注头的移动范围有限,模架数量较多时需使用转台系统。转台的转动方式有连续式和自动间歇式两种,可通过变频调速器调整转台的转速。根据生产要求,转台可设计为具有开/合模、自动识别模架等功能,可根据需要选择其中的一项或多项功能。转台有圆形转台和椭圆形转台等形式,可根据实际生产规模

6、进行选择。圆形转台(图4放置的模架数量一般不超过18个,模架数量超过18个时采用椭圆形转台(图5模架系统的主要功能是支撑模具并固定模具位置,使操作者能够比较容易地开、闭模具,保证产品质量。模具的开模/闭模系统根据模具大小设计为图2 聚氨酯自结皮重卡扶手总成外形简图图1 聚氨酯自结皮重卡扶手的典型结构图3 高压发泡机工艺流程图图4 圆形转台 液压式或气动式,大型模具采用液压式,该方式能够提供足够的开启/闭合大型模具的动力;中、小型模具可采用气动式。模架的模具闭合高度和模架放置角度都可以调节,调节方式可设计为自动或手动。2.2 模具模具的材质通常为金属、树脂或硅橡胶。金属模具的强度高、导热性好、使

7、用寿命长,一般钢模的使用寿命是20万次,铸铝模的使用寿命是2万次;树脂模具导热性差,使用寿命也不及金属模具长,但价格低;硅橡胶模具材料强度低,不适合大规模生产。2.3 生产工艺聚氨酯自结皮重卡扶手的生产工艺流程见图6。(1A料A料的原材料包括主料和小料,主料是聚醚多元醇和聚合物多元醇,小料是催化剂、发泡剂、表面活性剂、交联剂、颜料和链增长剂等【3】各种助剂。A 料的配制采用一步法工艺,工艺流程见图7。(2B料B料通常使用的异氰酸酯为改性纯MDI(二苯基图5 椭圆形转台甲烷二异氰酸酯或液化MDI。液化MDI在常温下为液态,储存性好,同时生产出的制品机械强度优于改性MDI。骨架生产的主要步骤如下。

8、a.切管:按要求将金属圆管裁成需要的长度。b.弯管:用弯管机将切好的金属圆管在模具上弯成适当的角度。c.制作加强片:在剪板机上裁好冷轧板,并将其在冲床上冲压成型。d.焊接:将金属圆管和加强片焊接成骨架。e.校形:把骨架放到专用于校正形状的工装上校正骨架形状。发泡生产过程的主要步骤如下。a.点检:按照发泡机和模温机的使用要求进行点检,主要点检内容是:发泡机使用压缩空气的压力、料罐压力、A料和B料的温度、模温机温度和浇注压力等。另外,还要注意观察发泡机料罐的液位,低于或接近警戒线时应及时添加组合料。b.浇注:确认模具与所对应的浇注时间正确 ,将发泡机枪头插入并固定到模具浇口内,按预先设定的时间浇注

9、,并将模架倾斜到预定位置。c.清模及喷涂脱模剂:取出扶手后,仔细清扫模具并均匀喷涂脱模剂。d.如客户对扶手表皮外观要求较高,可在模具表面喷涂模内漆。e.安装骨架:将金属骨架按要求安装在模具的指图6 聚氨酯自结皮重卡扶手的生产工艺流程图7 A料的配制工艺流程定位置后闭合模具。f.开模、取件:熟化完成后,倾斜模架、开启模具、松脱骨架固定装置,取出制品。g.制品的修饰:取出扶手后,马上修剪浇口和排气孔处的余料,并进行外观质量检查。3 影响聚氨酯自结皮重卡扶手质量的因素影响聚氨酯自结皮重卡扶手质量的因素主要有A 料和B料的温度、模具温度、模具倾斜角度、浇注速度和排气孔孔径等。 项目模具温度/由于B料粘

10、度小、A料粘度大,因此一般使A料温度高于B料温度23 ,以减小A料和B料的粘度差,有利于两种原料混合均匀。实际生产中通常控制A料温度为23 、B料温度为20 。原料温控系统应能保证原料温度在设定值的±3 内波动,使原料温度相对稳定,否则会影响原料粘度,进而影响原料的计量精度。3.2 模具温度模具温度对制品性能和模塑周期有重要影响,不同模具温度对结皮厚度等的影响见表1。 从表1看出,模具温度对制品的结皮厚度、表皮质量和模塑周期都有影响。模具温度越高,结皮厚度越薄;模具温度过高或过低时,表皮质量都不能符合要求;模具温度越高,模塑周期越短。综合考虑,模具温度设定为5060 比较合理。3.3

11、 模具倾斜角度 模具倾斜角度根据重卡扶手的形状和大小确定。倾斜角度太大,会使扶手短边部分排气不畅,模腔内的空气不能及时排出,导致大气泡增多,从而影响制品外观;而且扶手上部与下部的密度相差较大,会造成制品上、下部的硬度不均匀,容易超出客户要求的硬度范围(客户对扶手表面硬度的要求一般是70 HA±10HA;角度太小容易导致扶手下部存留的空气排不出去,以至于在此处形成较大的气孔缺陷,影响制品外观。3.4 模具排气孔的数量和孔径模具排气孔的数量是根据重卡扶手的形状和大小确定的。排气孔太多虽然可以使模具内的气体在浇注时容易排出,但同时也使物料中的发泡剂很快逸出,并在制品表面形成新的气泡。因此,

12、在保证模具内空气可以排出的情况下,排气孔应越少越好。排气孔的直径太大会影响扶手外观,因此一般控制在2 mm以下。综合以上对影响因素的分析,得到优化的聚氨酯自结皮重卡扶手的发泡工艺参数见表2。4 聚氨酯自结皮重卡扶手的性能指标聚氨酯自结皮重卡扶手典型的性能指标见表3。项目数值 5 发展方向虽然聚氨酯自结皮材料具有性能优异、加工方便和设计自由度高等优点,但在环保日益深入人心的今天,该材料的弊端也越来越引起人们的关注,即含氯氟烃的发泡剂破坏臭氧层【4】,生产过程挥发的有机溶剂对工作环境和操作人员造成一定危害,飞边和排气孔等的料头等难以回用,报废车辆中聚氨酯自结皮重卡扶手等零件的泡沫层与金属骨架分离困难,再生利用成本高【5】等。为了扩大聚氨酯自结皮材料在汽车饰件领域的应用范围,研制和开发环境友好的聚氨酯自结皮材料是今后主要的研究和发展方向,具体包括以下3个方面。 (1尽快全面推广使用全水发泡剂的组合料。全水发泡剂组合料臭氧破坏效应ODP值为零,无毒副作用。(2积极开展废旧聚氨酯自结皮材料回收利用的技术研究工作,尽快解决回收利用成本高的问题。(3助剂等上游产业应开发低成本、无毒水性的脱模剂和模内漆等新材料,以满足聚氨酯自结皮材项目试验方法指标料制品清洁生产的要求。参考文献:1徐强,刘远中,张宏娟.RIM工艺中的注射压力效应J.聚氨酯工业,199