材料机具和工艺的创新诞生了SRIM卡车车厢压合机

材料、机具和工艺的创新诞生了SRIM卡车车厢

材料、机具和工艺的创新诞生了SRIM卡车车厢 2011年12月04日 来源： 车用高密度结构RIM（HD-SRIM）工艺已经从它初期用作保险杠发展到如今的全尺寸皮卡车厢和车尾门。聚氨酯化学性能、机器人预成型工艺和成型技术精细化方面的进步，所有这些都使大型复杂的结构零件的商业化生产成为可能。本文详细介绍这个标题背后的技术进展。2001年中期，在第一次宣告之后的两年，通用汽车公司开始提供一种叫做“Protec”的新型6.5长RIM复合材料车厢和车尾门系统，作为全尺寸Chevrolet Silverado皮卡车的选配。到2001年底，生产了1000辆车，并发送到经销商手中。关于当前的计划产量，公司发言人只是说，通用汽车公司的打算是“市场需求多少，就生产多少。”SRIM复合材料车厢是通用汽车公司与聚氨酯供应商（匹兹堡的拜耳公司）、玻璃纤维供应商（俄亥俄州Toledo市的Owens Corning公司）、机械设备制造商（宾夕法尼亚州Cranbery Township市的佳能美国公司）和一级模塑和组装件提供商（印地安那州Huntington市的Merrian Automotive Systems公司）共同努力的结果。与传统的采用热压成型塑料衬里的钢制车厢完全不同，整个Protec车厢单元是用复合材料制成的。车厢的保护格板和车尾门外板都是用增强的RIM（RRIM，主要是云母填充的聚脲）制造的。单件式的车厢和车尾门内侧是用50％长玻纤增强聚氨酯SRIM复合材料制造的。车厢和车尾门内部涂刷了黑色的“溅射漆”，提供一个坚韧、细粒状的表面纹理和紫外线防护功能。采用SRIM和RRIM复合材料可减轻整车重量约50磅。仅车尾门就比钢制产品轻15磅。自动化预成型Meridian公司所采用的机器人自动化预成型系统是佳能公司基于一种由Owens Corning公司在20世纪90年代初期开发的 “P4”系统（可编程电动预成型工艺）的改进型在意大利制造的。主要的改变是采用了一种新的、Owens Corning公司叫做可预成型粗纱的玻纤增强和“纤维黏合料”系统。Owens Corning公司的项目负责人Thomas Miller解释说，这种新的粗纱系统含有与玻纤增强材料混合在一起的用黏接料涂覆过的绞合纱。“纤维黏接料”绞合纱是一种涂覆在玻纤载体纤维上的预催化热固型聚酯黏接料。当在预成型固化操作过程中被加热时，黏接料首先熔融在它周围的玻纤上，然后固化和硬化。粗纱含有5%（指重量）的黏接料。皮卡车厢预成型时，把4束玻纤粗纱绞合纱喂入带有切断头的机器人手臂里。Meridian公司使用4个机器人来铺设粗纱，每个机器人有两个切断头，因此，会有总共32束粗纱绞合纱被切短，并送入预成型装置里。拜耳公司技术服务部门的协调人Gene Symosko说，切断头把粗纱切成3in的长度，并让它们掉落在与最终车厢尺寸和形状相同的金属网上。据Meridian公司项目工程师Pat Depalma说，每个切断头每分钟可在金属网上铺设4.4的玻纤。通过金属网的孔眼抽走空气，使玻纤紧贴在金属网的表面上。然后，金属网旋转到一台500ft长的加热箱里去，使黏接料固化。 预成型的操作周期时间大约为3min，而采用传统短切玻纤预成型工艺则需要8min时间。Meridian公司的DePalma说，“纤维黏接料”工艺消除了以前用水性乳液黏接料的SRIM预成型工艺所遇到的问题，因为乳液黏接料非常凌乱，很不好摆弄，结果也不够均匀。拜耳公司Symosko补充说，预成型件的重量波动范围远小于10%，而用传统工艺制成的预成型件重量波动范围为20%，这归功于采用了机器人控制技术和新型黏接料。“挤入成型”工艺 固化的预成型件从加热箱里取出来之后，一个机器人自动把它从预成型网移送到一个夹持站，预成型件再从这里用人力放到SRIM模具的模芯上。聚氨酯复合材料部分的成型采用注射模压或者“挤入成型”工艺。注射设备是用于RRIM面层加工所使用的传统计量机器，即佳能公司的HE180喷枪／注射器装置。所采用的机器是2000t的 Dieffenbacher SMC压力机，为了加工聚氨酯而对它进行了改造。主要的修改部分是增加了一个往复床。往复床把模芯从模具上移开，把预成型件放置在模具上，从而最大限度地确保了操作人员的安全。当预成型件就位后，往复床返回到压力机里，上半个模具下落到预成型件的表面上，但是让模具保持打开0.5 in。RIM机器把液体物料浇在预成型件上。当一批35～40料浇完之后，把模具完全合拢，借助于压力机的压力将树脂挤压进入玻纤里面，而不是借助于材料的注射压力。据说，这种方法可以使材料分布均匀，防止玻纤移动或被“洗出”到注射口附近。从RIM计量单元开始浇料至合模的操作周期时间大约是10s。车厢预成型和成型的整个过程每3min就生产一件最终产品。零件脱模和修边之后，放入加热箱里进行后固化。14个金属部件，包括用于把车厢安装到车底盘上的支承轨，都是被黏接到车厢上的。 HD-SRIM可以喷涂汽车通用的饰面漆，并且除了表面清洗之外，不需要任何特殊操作。车厢和尾门附件的表面被打毛，喷涂低光泽黑漆。 例如， Meridian公司的皮卡车厢生产系统包括一台预成型机、两台压力机、一台黏接机和一条涂装生产线，它每天可以生产350个车厢。聚氨酯与玻纤的相互作用在车厢开发方面得到的一个主要教训是关于聚氨酯基材与玻纤增强材料之间的相互作用问题。预成型决定着SRIM复合材料最终的物理性质，而它的玻纤种类、黏接料类型和玻纤分布均匀度都会影响聚氨酯润湿玻纤表面的能力。由于润湿不良而产生空隙，致使复合材料在后固化过程中产生气泡就是车厢开发计划初期所遇到的一个问题。为此，拜耳公司开发了Baydur 425 IMR（模内析出）聚氨酯系统，该系统具有更好的流动性和耐热能力。该系统的凝胶时间长，使它在分子量变得很大之前，能够充满整个零件。它允许采用更长的注料时间（10～12s），改善玻纤的初始润湿度。拜耳公司将慢速凝胶与快速固化相结合，使零件很快就可以脱模。另外，Baydur 425 IMR能够经受得住脱模后黏接过程所要求的350oF条件，而传统SRIM聚氨酯系统能够经受的温度不超过250oF。拜耳公司的Symosko指出，这种特殊的耐热性给425 IMR系统增加了被用作发动机罩下零部件的潜在可能性。拜耳和Meridian公司发明了两个工艺，可以进一步提高车厢的质量。第一个技巧是在合模之前对模具抽真空，以减少存留气体的量，有助于聚氨酯的流动，改善纤维的润湿程度，从而使生产的零件具有优良的物理性能。第二个技巧则是采用更高的成型压力，从而有助于树脂渗入到预成型件里，减小最终零件里空隙的尺寸。(end)

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