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汽车模内镶件IMD注塑成型技术
- 2019-04-07-

塑料加工商们正在将可成型彩色薄膜视为一个经济、耐用、环境友好的装饰手段,它可使零件在脱模时即已完成装饰。模内镶件IMD注塑成型技术,利用的就是这种可成型薄膜,可替代传统的、在零件脱模后采用的涂漆、印刷、热模锻、镀铬工艺。该技术的首次成功应用是制成了一些小型的、相对较平的汽车内外饰零部件和手机零件。今天,IMD技术有了更进一步的发展,可以制成更大的三维零件,例如整个仪表板、汽车保险杠、托板、汽车顶盖,甚至汽车、卡车的发动机罩。据说,第一个实现商业化的、无需涂漆的水平车身板已经应用在Smart双座敞篷轿车上了。

    IMD工艺技术可节省再加工的费用,这对汽车工业极具诱惑力。GE Plastics的Lexan SLX( 一种聚碳酸酯共聚物 )车身零件生产经理Venkata-krishnan Umamaheswaran说:“汽车上最贵的就是油漆了,涂漆生产线是汽车装配车间最大的投资,会占据车间一半的地面空间,而且一年内会产生1500多吨VOCs( 挥发性有机物 )。”

    IMD技术的优势还包括:边角料产率低;可在同一地点完成零件的成型和装饰;回收性更好。IMD技术可获得A级表面,且无流痕,更不会像流痕那样造成“模内驻色”。但是如果零件本身就有很多孔,必须在脱模后进行装饰,那么IMD技术的经济效益则会大打折扣。

    IMD技术的倡导者们宣称:利用最新一代的可成型薄膜制成的车身板,具有与涂漆金属板相媲美的甚至更高的抗划伤性和抗冲击性。但是,假设汽车制造商们对涂漆生产线仍然施以巨额投资,则IMD在近期内还是无望完全取代涂漆工艺。不过,工业观察家们相信:在美国,今后即使有投资,也很少会出现建造大型涂漆生产线的情况。

    IMD技术首先将一块已经被印刷、涂覆或染色过的塑料薄板经冲切成坯料后,热成型成最终产品的形状。修正后,把它放入注射腔内,从型腔后面注入一种与其相容的基体材料,最后得到成品。成品的表面可以是纯色的,也可具有金属外观或木纹效果,还可印有图形符号。

    最近,IMD技术的发展已经超越了注射成型。薄膜嵌入物正在被用在热塑性塑料或聚氨酯复合物基体材料上面。此外,TSF技术,即厚板成型技术( 一种将薄膜装饰复合板直接热成型为成品零件的技术 ),作为另一种新兴技术,也在制造大型零件,例如卡车保险杠、摇板、座后置物板等。

    IMD技术起源于在胶片印刷术和丝网印刷术中所使用的薄膜,这种薄膜可模拟木纹效果,可在仪表盘上标记刻度和图案。其中,印刷层可以作零件的“第一面”( 油墨层-薄膜层-基体材料 ),也可作“第二面”( 薄膜层-油墨层-基体材料 )。后者情况下,薄膜层必须透明,否则会遮住印刷层。薄膜层的作用是将印刷层密封起来,使其更加耐久。为了避免后注射时热和剪切对印刷层的破坏,还可以在印刷层的另外一面加上一层薄膜( 薄膜层-油墨层-薄膜层-基体材料  )。另外一个保护印刷层的办法是:将薄膜放到模芯上,利用透明树脂对其重叠注塑。据说,这样可使成品的表面看起来非常光泽,还有一种润湿感。

    IMD技术正在逐步应用于大型三维汽车内外饰零部件的制造,其中的一个方向是利用无漆薄膜来获得单纯色、金属抛光效果、亮镀铬效果。薄膜上涂覆了类油漆层,使其具有了热成型时所需的可拉伸性。

    还有一类更新颖的应用于汽车三维零件的薄膜结构,这种结构是通过共挤出得到的,外面是透明层,里面是受保护的有色层。这种结构的支持者们说:有色层与那些无漆薄膜上的类油漆层比较,可能更适合于热成型复杂的深冲压零件。

IMD产品的耐候性

    IMD技术发展的前沿领域是制造A级抗寒耐热汽车外饰面,用在汽车、重型卡车上。目前有6家厂商提供IMD可成型薄膜,其中5家已可提供抗寒耐热的产品,剩下的1家尚在研究之中。

( 1 ) Avery Dennison公司提供“Avloy Dry Paint”型可成型薄膜,材料为丙烯酸/PVDF( 聚偏氟乙烯 ),是一种有色层/透明层式结构。薄膜[20~30 mils( 1mils=千分之一寸 )]复合在厚一点的ABS或TPO( 热塑性聚烯烃弹性体 )底板上。厚底板的选择依需热成型的成品零件而定。 Avloy薄膜制成的终饰材,可在高光泽度单纯色和低光泽度单纯色之间任意选择,还可获得金属效果、珍珠效果、金属抛光效果和打印图案。

( 2 )Soliant LLC公司提供“Fluorex”无漆膜,也是一种透明层/有色层式结构,这种无漆膜已应用在几款汽车上。材料结构共包括四层:顶部的透明层( 聚丙烯/含氟聚合物的混合物 )、有色涂层( 材料同透明层 )、紧贴层( 或粘结层 )、底板层( ABS、TPO、PVC或PC )。底板层的厚度可从0.3到300 mils。

Soliant公司制造的Fluorex T/HR应用于挤出复合技术,Fluorex 2000应用于模内镶件注塑成型技术。这些薄膜可提供多种印刷样式( 包括抛光金属外观 ),应用于汽车内外装饰。最新的薄膜是Fluorex Bright,可提供一系列的亮镀铬效果,包括有色铬和黑色铬。在佛罗里达州和亚利桑那州,Fluorex Bright已完成了一年的户外测试。

( 3 )Mayco Plastic公司制造四层“模内着色”( MIC )IMD可成型薄膜。公司将这种薄膜应用于它自己的IMD项目中,还计划以卷膜、规格板材、预成型外壳等形式对外出售。此外,Mayco还在研发厚板成型( TSF )薄膜。

该公司的A级亮膜是离聚物和聚丙烯的共挤出薄膜。该薄膜的上透明涂层和下有色涂层,都基于A. Schulman公司的新型紫外稳定离聚物。薄膜第三层是粘结层,第四层是底板层。底板层材料可以选择聚丙烯的均聚物或共聚物、茂金属聚丙烯或TPO。

以前,MIC薄膜曾被用在数量有限的戴姆勒-克莱斯勒2002 Dodge Neon的前托板上。现在,戴姆勒-克莱斯勒正在安装两台3000吨注射机,准备利用IMD薄膜注射成型Neon 2004和2005车型的前托板和尾托板。

( 4 )Senoplast USA制造的共挤出三层薄膜Senotop,厚度为1~2毫米,可应用于IMD或直接热成型。顶层是PMMA透明层,紧跟着的是PMMA有色层,底层是ASA/PC共混物。据报道,底层还可以是ABS、ABS/PC、ASA( 丙烯腈-丙烯酸酯-苯乙烯 )、ASA/PC,PC和PBT/PC等。

( 5 )GE Plastics提供的也是共挤出薄膜。薄膜上的覆盖层透明光亮,由新型Lexan SLX聚碳酸酯共聚物制成,这种共聚物的主链上有阻挡紫外线的基团。覆盖层保护了Lexan PC制成的有色层。薄膜可以“后浇铸”PC、PC合金或者大多数聚酯。GE还为薄膜研发了联结层,可使其他基体材料也能“后浇铸”Lexan SLX薄膜。例如:带有PC/ASA联结层的薄膜,可以粘结到玻璃纤维增强的聚氨酯基体材料上,制成Smart跑车的车顶组件。此外,该公司正在研发具有镀铬感的IMD薄膜和耐高温的、基于Ultem PEI材料的UL94-0薄膜。

( 6 )拜耳聚合物最近将母公司和子公司( Sheffield Plastics )进行薄膜市场销售的合并,期望将它的IMD技术扩展到汽车外装饰领域。高级IMD市场拓展专家帕特里克·格里芬说:“IMD技术在汽车外装饰领域的应用将远远大于其在汽车内装饰领域的应用。”现在,拜耳正在研发一种可成型的涂层体系,其效果将等同于汽车涂漆。格里芬说他们目前的进度大约达到了60%。这种涂层体系将被用在拜耳的Makrofol PC、BayfolPC/PBT薄膜上,而这些薄膜与ABS、PC和PC/ABS基体材料是相容的。不含油漆的A级表面

    几个可获得A级表面的汽车外饰IMD应用正在开展之中。Soliant,当前IMD应用最多的公司,正在集中研发整个部件( 例如摇板 )的装饰,不再强调修整。在Soliant公司,TPO的IMD应用项目最多。Fluorex IMD薄膜的应用项目包括Acura 3.2 TL摇板和车身侧模塑件、丰田 Avalon摇板、Cadillac Seville和Deville A和B立柱、本田 Odyssey车身侧模塑件、Renault Laguna上下装饰网格,还有奥迪、大众、尼桑、 Maxima、沃尔沃 S80和S60的车顶带。目前,公司正致力于车顶组件的开发。此外,市场部主管John Cupstid还看到了薄膜在保险杠托板上的潜在应用。

    对于Soliant公司,将厚板直接热成型为零件占公司生意的近50%。这些零件多数较简单且平展,但也有一些超大型零件,例如用在Hendrickson International制造的Class 5~8型卡车上的新型汽配保险杠。此外,正在进行生产的零件还有Chevrolet Trailblazer摇板和Chevrolet Impala尾灯。

    Mayco Plastics也在集中研发大型汽车零件,如前后托板和车身板。该公司总裁廷·赫费尔说:“共挤出的MIC薄膜也可应用于卡车、越野车设备、器具、家具等。共挤出的无漆薄膜,如Soliant的Fluorex和Avery Dennison的Avloy,已在获得轻金属光泽方面取得进展。但必须承认,共挤出薄膜仍然很难获得金属光泽。

    GE的Lexan SLX全球市场经理托德·史威尼说:“我们已获得了一系列具有金属光泽的薄膜,我们正在继续丰富我们的光色板,包括轻金属色和银色”。GE的Lexan SLX薄膜的IMD应用包括轮胎罩、重点零部件、车顶板等。公司现有四个新的机密项目用于制造立式和卧式车身板。正在应用的零件有:前托板、挡板、门板、反射镜外罩和总导管。此外,GE正在研发车篷。

    Avery Dennison总是更多的专注于一些更小的零件( 主要是一些装饰用附饰品 )。例如:2000~2004 本田 Civics上的车身侧塑件、2001~2004 福特 Mercury Grand Marquis车模上的后门装饰物、GM SSR概念越野车上的轮子装饰物。公司高级市场经理迈克·科茨比尔说:“我们觉得至少在目前,还无法制造像保险杠和车篷那样的大型零件。虽然每个人都想做保险杠,但是难题太多,如:如何获得金属光泽,如何伸展薄膜使其边缘恰当地卷曲等。大零件的边缘装饰很贵,例如1平方英尺的零件可能需要一整块2平方英尺的无漆薄膜,包括修整飞边毛刺。”

    Senoplast现有三个项目研发车顶组件,他们使用的是可热成型的、以聚芳酯长纤维为底板的Senotop薄膜。该公司第一系列的产品是前阻流板和尾板,用在2003 Smart的月形车顶上。第三个IMD项目是注射成型ABS/PC挡板和保险杠,用在Smart车上。该公司市场部经理Andreas Hoellebauer说:除此之外,还有一个美国的汽车制造商正在利用我们的Senotop IMD薄膜研发A B立柱盖。

替代镀铬工艺

    Soliant的新型Fluorex 亮膜初次登台即制成了一个热成型的A级保险杠托板,用做Class5~8卡车的汽配件。而保险杠则由Hendrickson Internatiional利用ABS材料和具有铬光泽的薄膜制成。保险杠使用了20多平方英尺的薄膜,保险杠上有材料牵伸比达到50%时方可实现的深凹陷。据Hendrickson市场和设计技术部主管杰夫·扎瓦奇介绍:这是第一个具有如此大尺寸的非金属亮保险杠。在成本方面,使用薄膜与镀铬差不多,但采用镀铬工艺无法制得如此大尺寸的保险杠,镀铬板只能制尺寸小得多的ABS保险杠。上个月,Hendrickson Aero亮保险杠达到了OEM要求的技术条件,通过了500小时的盐水喷雾、耐擦伤、耐候试验。他还说:用IMD薄膜制造保险杠是为了替代镀铬工艺,并且IMD薄膜是环境友好的,还可提供既不会破裂也不会脱落的镜面装饰层,亮膜热成型还可用于制造其他的一些部件,包括装饰网格、防太阳玻璃、镜面外壳、头灯框等。实际上,今年我们已看到IMD薄膜的首次登场,制成的设备也已用在Mack Truck的Granite vocational Class 8上。