米乐平台：评《化学微发泡注塑在轿车门内饰板的运用

2022-01-07 | 作者：米6体育官网

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　　月泛亚轿车技能中心有限公司的刘臻青宣布了一篇文章《化学微发泡注塑在轿车门内饰板的运用》，该文论述了该司怎么选用化学微发泡注塑制程将轿车门内饰板减重

　　现在国内外文献报导的微发泡聚合物资料加工首要选用物理发泡技能，而化学微发泡注塑工艺的研讨报导很少。微发泡注塑技能有下降锁模力、进步产品尺度精度及缩短成型周期等许多优势。制成品有更长的疲惫寿数、更低的塑件密度、更高的开裂韧度及更好的能量吸收能力。其工艺进程是将聚丙烯原资料和小苏打类发泡剂均匀混合后放进料筒，熔融塑化射入模具型腔内，在填充完结的瞬间模具型腔翻开一个间隔，运用熔猜中心层没有凝聚，及发泡剂放浪形骸发生的气体推进下(2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O)，敏捷胀大发泡，终究构成规划壁厚产品的技能。模具还没有翻开之前，型腔厚度小于惯例注塑的零件厚度，经过削减聚丙烯原资料的运用减轻零件质量。图1示出化学微发泡注塑工艺进程示意图。

　　门饰板作为重要的轿车内饰零件，刚度是首要需求满意的功能要求，任何轻量技能的研讨也应以满意刚度要求为条件。注塑零件在不改动资料类型的基础上完成轻量化的首要方法是削减资料的运用，依据ISO-178规范在门饰板上取样进行实验，发现在资料不变的情况下，直接将零件壁厚从2.5mm减薄到1.8 mm，尽管可以有用地减轻零件质量，可是样板的曲折模量、曲折强度以及刚度都呈现了不同程度的下降，尤其是样板的刚度更是呈现了大幅下降。由此可见为满意零件功能要求，直接下降零件壁厚并不具有实践运用的可行性。表1示出注塑实体力学实验参数表。

　　化学微发泡注塑是在注塑工艺进程中，经过碳酸氢钠等化学发泡剂在零件的内部构成很多微孔气泡代替注塑原资料，以到达减重的不合。依据华东理工大学的研讨成果，以4种不同改性方法制备的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)为研讨方针，在不改动零件壁厚的情况下以超临界CO2作为发泡剂制备样件。即使是归纳功能最好的NPET(原位聚合多元醇改性PET)，拉伸强度和曲折强度相关于实体零件也别离下降了23%和15%，只需冲击强度比实体稍微上升，而减重先下手为强也只需10.5%。尽管文章的研讨方针是PP资料，发泡剂品种也不相同，可是从资料的类型和工艺的原理来看，两者有十分挨近的功能体现。表2示出不同PET实体和发泡样品的力学功能比照表。

　　从工程力学的原理也可以发现相似的定论，如零件的刚度核算，即载荷与载荷先下手为强下的变形量之比，如式(1)所示：

　　门饰板上某一点的受力状况可以近似简化成简支梁受力，简支梁变形量核算公式，如式(2)所示，转动惯量的核算公式，如式(3)所示。由此式(1)可简化为式(4)，从式(4)中可以看出，当其他参数不变时，零件的刚度与资料的曲折模量成正比，一起与零件壁厚的3次方成正比。因而可以得出定论：假如资料不变直接减薄壁厚，零件的刚度会大幅下降。假如厚度不变直接在原资料内增加发泡剂注塑，由于资料用量下降，必然影响曲折模量，同样会导致零件刚度变差。所以假如原资料不变，想要削减用量必需求增加零件的壁厚来弥补刚度的丢失，这便是化学发泡注塑经过模具撤退来增加壁厚的根本原因。

　　C. Hsu：1.I是惯性矩(moment of inertia)、单位应该是mm4；2. (3)式应改为，此处之w是梁受力断面之宽度；3. (3)式适用于受力梁为实心并且断面各点之物性(如密度)均一者。

　　C. Hsu：已然(3)式中之L(梁之长度)应改为w(梁受力断面之宽度)，，(4)式就因I之改正而改正为。

　　在承认化学发泡注塑门饰板零件壁厚之前，首要需求承认零件减重方针。一般门饰板零件的壁厚为2.5mm，项目要求减重20%，归纳考虑零件结构以及开模进程中零件翻边面发泡间隔有限，终究承认门饰板注塑壁厚为1.8 mm。

　　依据式(4)可以得到发泡后的零件刚度和发泡前1.8 mm厚注塑零件的刚度之比，如式(5)所示。为了使发泡之后的门饰板刚度到达2.5 mm厚实体注塑零件相同的水平，依据表1可得发泡之后的零件刚度应该是1.8 mm厚实体注塑零件刚度的3.48倍(K1/K2=23.84/6.85=3.48)。

　　以1.8 mm作为注塑壁厚，开模撤退发泡间隔别离为0，0.6，1，1.4 mm，选用某型聚丙烯原资料，运用KraussMaffei 2300t注塑机别离加工这4种状况的零件，选用无机吸热型发泡剂，增加份额为3%。在零件上截取80mmX25mm的规范静态曲折实验样板，并选用UTM6104型电子全能实验机依照ISO-178规范进行曲折模量实验。表3示动身泡零件力学实验参数表。将表3中1.8 mm厚实体注塑样板及3种发泡后样板的曲折模量实验成果别离代入式(5)中，可以发现发泡后3.2mm厚的零件刚度是1.8 mm厚实体注塑零件刚度的3.47倍，适当于2.5mm厚实体注塑件，如式(6)所示。

　　尽管从实验成果和公式推导来看，从1.8 mm注塑厚度发泡到3.2 mm厚可以到达2.5 mm实体注塑厚度零件相同的刚度要求，好像是适宜的挑选，可是在3种不同发泡厚度的零件上截取样板后，用贝朗50~200倍变倍高清电子放大镜调查可以发现3.2mm厚的样件在发泡层中泡孔密度下降，散布也不均匀，有些泡孔直径过大，这是由于泡孔决裂而呈现的并泡现象，如图2所示，这种现象是典型的”过发泡”状况，而此刻得到的发泡聚丙烯资料的归纳力学功能较差。这也解释出3.2 mm厚发泡样板曲折模量实验成果离散程度比较大的原因。

　　尽管测验经过增加发泡剂增加份额来改进泡孔状况，可是先下手为强并不明显。由于都是依照1.8 mm壁厚实体注塑零件的资料用量进行打针，因而模腔内聚丙烯资料的量是固定的，跟着模具撤退量的加大需求更多的气泡来填充。在气泡长大的进程中相邻两气泡中心的气泡壁(聚丙烯原资料)被不断拉伸，一旦呈现决裂就会有并泡现象，简略增加发泡剂的增加量仅仅增加了发气量，只需不能有用阻挠气泡壁在拉伸进程中决裂，就不能避免并泡现象的发生。因而归纳考虑减重方针、泡孔状况的稳定性及零件的功能之后，决定在门饰板上选用1.8 mm厚注塑发泡到2.8 mm厚的计划。

　　从实验成果可以发现1.8 mm厚注塑发泡到2.8 mm厚尽管在减重起伏和泡孔状况上满意要求，但在零件功能上与2.5 mm厚实体注塑的零件依然存在必定间隔。要处理这个问题就需求进步新式发泡资料的曲折模量。

　　从表3的实验数据，核算出2.8 mm厚发泡注塑零件的曲折模量是1.8 mm厚实体注塑的80%(944.67/1178.67=0.80)。假定新式发泡资料的曲折模量在原有资料的基础上提高的起伏为X，依据式(5)选用新式发泡资料的零件刚度应该到达原有资料1.8 mm厚实体注塑件的3.48倍。经过式(7)可知X等于15.6%，也便是新式资料的曲折模量需求在不改动原有资料密度的基础上提高15.6%，才干完成1.8 mm厚注塑发泡到2.8 mm厚的零件刚度到达2.5 mm厚实体注塑适当的水平。

　　依据资料供货商给出的参数表，原有资料的曲折模量为1550 MPa左右与1.8 mm厚实体注塑成果1178.67MPa有比较大的差异。曲折模量作为塑料资料的固有特点，理论上不应该随注塑厚度发生改变，可是考虑到本次实验是在注塑的门饰板零件上取样进行，模具拜访和工艺参数与ISO-178规范样板存在差异，一起零件上取样很难保证样条平直和规范样条共同。尽管经过在相同的门饰板零件的同一个方位取样可以保证各组实验成果之间的可比性，可是与资料参数表中的实验成果存在差错也在情理之中。所以新式发泡聚丙烯资料应在原有资料1550MPa的曲折模量基础上提高15.6%，也便是需求到达1800Mpa。

　　C. Hsu：1.资料供货商选用的曲折模量核算公式是，而作者选用的曲折模量核算公式是，这是形成差错的首要原因。

　　在资料供货商的合作下，新式发泡聚丙烯资料成功地在原有密度水平下将曲折模量提高到了1800Mpa。门饰板地图袋受力变形实验是典型的刚度实验，选用该新式发泡注塑资料加工的门饰板顺畅地经过了地图袋功能测验，满意了通用轿车门饰板技能规范中关于地图袋受力变形的要求，图3示出门饰板地图袋功能实验。由此可以证明当资料曲折模量到达1800 MPa时，1.8 mm厚注塑发泡到2.8 mm厚的零件刚度功能可以到达2.5 mm厚实体注塑相同的水平。

　　在这必定论的指导下，国内的某款车型在门饰板的大基板上运用了由新式发泡资料加工的化学微发泡注塑技能，并在2015年年头量产上市，取得了杰出的商场崩裂。1.8 mm厚注塑发泡到2.8mm厚的零件完成23%的减重，取得了杰出的经济效益和社会效益。

　　文章针对化学微发泡注塑工艺，从项目运用的视点动身，经过20%的减重方针承认初始注塑厚度为1.8 mm。以刚度和资料曲折模量为研讨方针，尽管3.2mm厚发泡零件好像愈加适宜，但归纳考虑减重方针、泡孔状况的稳定性，以及零件的功能后，设定1.8 mm厚注塑发泡到2.8 mm厚为终究计划。并经过实验成果和理论推导，承认出新式发泡资料的曲折模量需为1800MPa，终究使计划的零件刚度到达了2.5 mm厚实体注塑的相同水平。

　　经过对化学微发泡注塑工艺和资料的研讨，完成了在轿车门内饰板的量产运用，取得了23%的减重先下手为强，取得明显经济和社会效益，为这一轻量化技能在轿车工业中大规划运用翻开了大门。跟着技能的不断完善，信任化学微发泡注塑技能也会议现出更大的减重潜力，赢得愈加宽广的运用远景。

　　1.物理微发泡注塑成型轿车门内饰板在欧美已有十年以上前史，化学微发泡注塑成型量产轿车门内饰板则未之见。泛亚能以化学微发泡注塑成型量产轿车门内饰板，且在保持塑件应有刚度的条件下，减重多达23%，令人感佩；

　　上图是曲折模量量测中一个长方形梁的三点测验，宽度为w，高度为t，L是外侧两个支撑点之间的间隔，Y是由于在中心受力P而发生的形变(deflection)，其曲折模量为[3]：

　　本事例样条之L=80mm，w=25mm，所以(7)式算出的E是(6)式算出的E的25/80=31%，这是作者的曲折模量E比供货商的E小的首要原因。

　　3.上式中之惯性矩(moment of inertia)并不适用于发泡资料之梁。(参照下图)由于本来之[y轴与载荷P同向，x轴与形变前梁的长度方向同，z轴即中立轴(neutral axis)]，A是断面积)中对应于梁受力断面有泡部分(下图A-A断面上白色部分)的dA都是0，而不论梁之长方形断面有泡无泡，其dA一概计入，所以对发泡资料之梁，是高估了惯性矩，对发泡多或大者尤然。以评价不同厚度(t)发泡资料梁的曲折模量或刚度，不免会被误导，不行不小心!

　　4.作者在文中说到：”曲折模量作为塑料资料的固有特点，理论上不应该随注塑厚度发生改变”。但是，依据曲折模量核算公式：，曲折模量的数值是会随厚度的改变而作较大的改变的。

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