采用微發(fā)泡材料，汽車儀表板骨架減重10%！

2019-04-16 15:25:33· 來源：新材料在線

當(dāng)汽車油耗壓力步步緊逼，當(dāng)續(xù)航里程短板亟待補齊，能夠緩解這兩大壓力的輕量化已逐漸成為新車的重要標(biāo)簽，而比起結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化或是制造工藝提升，車企及零部件企業(yè)的側(cè)重點似乎更多地放在輕質(zhì)材料的開發(fā)及應(yīng)用方面，而微發(fā)泡技術(shù)正是順應(yīng)

采用新型材料是汽車輕量化最直接也最有效的方法，由于1kg塑料可以替代2-3kg鋼等更重的材料，而汽車自重每下降10%，油耗可以降低6%-8%。而微發(fā)泡技術(shù)是實現(xiàn)汽車輕量化的途徑之一，在汽車中的用量可以降低整車成本、重量，并達到節(jié)能效果。因此很有必要對各種微發(fā)泡技術(shù)進行深入研究。

關(guān)于微發(fā)泡技術(shù)概念上期內(nèi)容我們已經(jīng)談到：技術(shù) | 聚合物注塑成型微發(fā)泡概念淺析，今天我們主要談微發(fā)泡技術(shù)特點優(yōu)勢以及在汽車上的具體應(yīng)用。

一、微發(fā)泡技術(shù)發(fā)展史

1、上世紀(jì)80年代，美國麻省理工學(xué)院（MIT）首先提出微發(fā)泡的概念，希望在制品中產(chǎn)生高密度的封閉炮孔，從而在減少材料用量的同時，提高其剛性，并避免對強度等性能造成的影響。

2、Trexel公司于上世紀(jì)90年代中成立并獲得MIT的所有專利授權(quán)，將微發(fā)泡技術(shù)商品化并繼續(xù)大力發(fā)展，現(xiàn)在已在世界各地獲得70多個相關(guān)的專利。MuCell現(xiàn)已成為了一個非常成熟的革新技術(shù)在全世界被廣泛使用。

3、MuCell微發(fā)泡技術(shù)的使用先從美國、歐洲開始，再延伸到日本及東南亞等地區(qū)，雖然在中國剛剛起步，但經(jīng)過近幾年的發(fā)展，用戶正在迅速增長。

二、基本原理

微發(fā)泡(Microcellular Foaming)是指以熱塑性材料為基體，制品中間層密布尺寸從十到幾十微米的封閉微孔。微發(fā)泡成型過程可分成三個階段：首先是將超臨界流體(二氧化碳或氮氣)溶解到熱融膠中形成單相溶體；然后通過開關(guān)式射嘴射入溫度和壓力較低的模具型腔，由于溫度和壓力降低引發(fā)分子的不穩(wěn)定性從而在制品中形成大量的氣泡核；這些氣泡核逐漸長大生成微小的孔洞。

微發(fā)泡成型過程

微發(fā)泡技術(shù)與常規(guī)注塑、結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑、化學(xué)發(fā)泡注塑以及氣輔注塑相比較在多個方面都獨具優(yōu)勢,成為近年來注塑技術(shù)發(fā)展的一個重要方面。

三、基本特點及優(yōu)勢

與常規(guī)的模塑制品相比，除去購買許可證和增加設(shè)備的投資以外，微發(fā)泡模塑制品的平均成本可降低16%-20%。而這主要通過以下六方面實現(xiàn)：

1、制品重量約減少10-20%

微發(fā)泡技術(shù)工藝在減輕重量方面的優(yōu)勢是顯而易見的，用PBT、填充尼龍和ABS等不同樹脂材料來生產(chǎn)制件，該工藝能夠在保證制件結(jié)構(gòu)強度不發(fā)生很大變化前提下，將其重量減少10%，降低制品的材料成本。此技術(shù)與結(jié)構(gòu)發(fā)泡不同，微結(jié)構(gòu)更加規(guī)整，同時微孔的分布更加均勻。對于小型薄壁制品，此工藝的注塑速度非?？?，而且晶核都是瞬間形成的，因此，不會出現(xiàn)微孔熔融的現(xiàn)象。

2、縮短注塑周期

因為微發(fā)泡的填充是比較快的，而且不用保壓，所以在填充保壓上可以把時間省下來，從而降低了加工成本。一般可以減短周期15%至40%，視產(chǎn)品及模具設(shè)計而定。

3、降低模穴壓力，延長模具壽命

模穴壓力是指塑料充滿型腔后建立的壓力。對于塑料制品設(shè)計者來說，模腔內(nèi)部壓力是令他們頭痛的“一號敵人”。由于壓力的存在，模具會由于受熱而變形，甚至某些部件也會因此而斷裂。微發(fā)泡技術(shù)可以將模穴壓力有效降低57%，從而延長模具壽命。

4、減少曲翹

由于制品內(nèi)部幾乎沒有任何殘余應(yīng)力，因此，制品的翹曲和變形可以得到很好的抑制。

5、提高尺寸穩(wěn)定性

微發(fā)泡成型工藝大大減少了產(chǎn)品的內(nèi)應(yīng)力，并保證了產(chǎn)品不同位置的平均收縮，有效提高了產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性，還顯著減輕了制品的重量，消除了飛邊，從而為制品的品質(zhì)和價格提升提供了更大空間。

6、更靈活的產(chǎn)品設(shè)計

四、在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

幾乎目前所有的熱塑性材料都可以采用微發(fā)泡注塑成型技術(shù)。但考慮到經(jīng)濟性和產(chǎn)品品質(zhì)的要求，微發(fā)泡制品主要集中在商業(yè)設(shè)備、汽車及內(nèi)部裝飾材料、電子電器產(chǎn)品等品質(zhì)要求較高材料較貴的產(chǎn)品上，如打印機復(fù)印機，汽車內(nèi)部件，保險盒，電器開關(guān)，薄壁容器等等。下表列出了微發(fā)泡應(yīng)用在汽車領(lǐng)域的一些常用的產(chǎn)品。

五、汽車領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用案例

1、門內(nèi)飾板

江森自控是歐洲第一家使用了MuCell工藝的用戶之一，憑借豐富的經(jīng)驗，該公司為2009年投產(chǎn)的梅塞德斯 W212 4門轎車全新設(shè)計了一款車門內(nèi)飾板。據(jù)介紹，這一榮獲了SPE大獎的產(chǎn)品是基于對MuCell工藝的應(yīng)用而設(shè)計成功的。

利用MuCell工藝，使得江森自控設(shè)計出了得到改進的車門內(nèi)飾板。該車門內(nèi)飾板包括3層結(jié)構(gòu)：ABS骨架、PU反應(yīng)發(fā)泡中間層、以拉伸薄膜為上層材料的織物層。由于使用MuCell工藝時材料的粘度較低，因而可將產(chǎn)品的壁厚設(shè)計得較薄。此外，由于能夠采用1:1的肋/壁比，因而不會產(chǎn)生縮痕缺陷。并且MuCell工藝固有的注射壓力低，從而能夠在PP薄膜的背部注射發(fā)泡材料。對于這種集成了雜物盒的車門內(nèi)飾板的生產(chǎn)而言，車門上的所有結(jié)構(gòu)都可在一次注射過程中被成型出來，從而避免了二次操作過程以及由此而導(dǎo)致的浪費和修邊工序，此外還避免了縮痕和翹曲缺陷。

2、發(fā)動機罩

福特汽車的工程師們從氣泡巧克力中獲得靈感，通過在塑材零件的制造過程中充入氣泡來降低車身的重量。他們通過采用MuCell微發(fā)泡注塑成型技術(shù)在零件成型過程中充入氣泡的方式，形成極為細(xì)微的蜂巢狀結(jié)構(gòu)，這些細(xì)微的空隙既節(jié)約了塑材，又減輕了重量，而且不會影響零件的任何性能。數(shù)年內(nèi)，MuCell技術(shù)將首先用于福特車輛的發(fā)動機外罩，第一型應(yīng)用車輛為2012款?？怂?，此外應(yīng)用車型包括C-MAX、Grand C-MAX、S-MAX、蒙迪歐和Galaxy等。

3、風(fēng)扇護罩

汽車（Chrysler RS Car）用風(fēng)扇罩，材料是尼龍6（PA6）添加玻纖，采用超臨界流體微發(fā)泡注射成型，較之傳統(tǒng)注射成型，除了變形減少以及耐疲勞壽命增長以外，產(chǎn)品（1850g）較前減重8%、周期時間（45秒）較前縮短20%以及鎖模力須求從800噸降到400噸（減少50%）。

4、儀表板骨架材料