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模内镜面喷漆技术最新进展-----无流挂喷漆,生产周期不到一分钟

来源:荣格 发布时间:2017-06-19 895
化工塑料橡胶塑料加工设备材料处理、计量与检测原料及混合物添加剂及母粒
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数年来,开发人员一直致力于开发一种在注塑模具内就对热塑性塑料零件进行喷涂的新技术。通过化学反应技术在注塑模具内进行浇涂的工艺现在已首次进入批量化生产阶段。标致新SUV 3008的黑色钢琴烤漆A柱饰板是全球首款使用快速一步法模内镜面喷漆工艺生产的汽车零件,该工艺既不需要溶剂也不需要脱模剂。

镜面喷漆的内外饰零件——注塑生产商经常会接到汽车行业和其它设计主导领域提出的这个要求。镜面高光黑漆零件以及带有清漆的高质感立体深度效果的外观零件已成发展趋势。另外,市场对高抗划、抗UV以及耐盐渍和特定化学品的塑料零件的需求也在增长。

标致3008是世界上首款采用创新性A柱饰板的量产SUV。长度超过一米的A柱饰板包含四个零件,其中两个带TPE密封元件的零件采用了一次注塑成型方法。另外两个外观零件采用了模具内镜面反应性浇涂工艺。

标致3008是世界上首款采用创新性A柱饰板的量产SUV。长度超过一米的A柱饰板包含四个零件,其中两个带TPE密封元件的零件采用了一次注塑成型方法。另外两个外观零件采用了模具内镜面反应性浇涂工艺。

在这种背景下,瑞士汽车供应商Weidplas数年前就开始探讨到底什么生产工艺能够经济地生产满足这些要求且品质一流的零件。Weidplas母公司Techniplas创新及技术副总裁Steffen Reuter记得,特别是关于镜面喷漆,“那个时候,人们习惯使用传统注塑方法生产零件,随后对零件进行预处理以去除脱模剂残留,然后再进行湿式喷涂。由于我们既缺乏必要的设备,也没有实践经验,因此我们特地参加了K展,去搜寻替代方案。”Weidplas团队在一个展位上找到了答案,这个展位上的演示部件正是在旋转注塑模板内用反应性聚脲漆浇涂的方法制造出来的。

来自克劳斯玛菲的新兴ColorForm技术,是一种采用Panadur油漆系统进行双组分浇涂的注塑成型工艺,对于Steffen Reuter而言,它代表了正确的方向。“我们节省了投资新的湿式喷漆系统、复杂烘干工艺的成本,同时避免了因油漆流挂和表面橘皮造成的高次品率。”与油漆生产商Panadur协作,这家隶属于克劳斯玛菲的注塑成型工艺开发企业已与技术精湛的旋转板模生产商 Hofmannc创新集团在展会上达成了合作协议。

这种强强联合随后就促成了该工艺的首次连续应用。在Steffen Reuter团队的促进下,该工艺比原先设想的更为出色,特别是在自动化和加工周期方面。Reuter 希望通过全自动生产单元实现高光零件的一步法生产。在2014年制定的技术参数成为注塑成型单元的基础,并在2016年底开始了标致新SUV3008 A柱饰板的连续生产。

从一开始,就让Steffen Reuter和他的团队引以为豪的是:由于采用了旋转式模板技术,锁模力为6500KN的小型注塑设备就可以加工1米长的零件。而且让Weidplas的专家欣喜的是:克劳斯玛菲所用的Panadur公司的反应性喷漆系统不需要脱模剂和溶剂,并且不需要昂贵的油或气体去加热就可瞬间固化。

双组份油漆的反应固化

一分钟左右即可生产出可装车的左右一对A柱饰板的全自动单元令人印象深刻,一些工艺步骤既可以逐步进行,在有些情况下又可同时进行。首先,标致3008的A柱饰板左右件的下半部分和两个上半部分一步注塑成型,同时,通过第二台注塑机将TPE密封部分完成注塑包覆成型。然后模具打开并旋转180°,进入镜面浇涂模腔,并采用双组份反应型漆对外观部件进行钢琴烤漆浇涂。

与此同时,下一对饰板在另一端的模具内进行注塑成型。模具打开后,六轴机器人取出部件并将它们放在料架上。随后机器人按预定的程式一一去除浇口并将零件成对组装。最后,将半成品饰板放到传送箱中并被转运到总装配线上去。

Panadur 公司的涂装与ColorForm工艺实现了一体化,为高光泽、哑光、深色和浅色效果的部件提供了设计的自由。

Panadur 公司的涂装与ColorForm工艺实现了一体化,为高光泽、哑光、深色和浅色效果的部件提供了设计的自由。

在能够批量稳定地生产合格零件之前,所有的开发合作伙伴必须解决很多细节问题。油漆中纳米颗粒的存在使得修改泵体成为必须,以避免进行双组份油漆喷涂时汽蚀损坏泵体。因为聚脲可以自由流动,所以模具生产商也必须找到密封喷漆模腔的方法。据Panadur公司CEO Thomas Moch博士介绍,“在第一次批量生产时,我们不得不使双组分聚脲漆保持极高的流体一致性,特别是当面板长度达一米左右,宽度将近3厘米时,另外浇涂厚度仅有0.5毫米。”为了避免气泡或可见条纹,在喷涂模腔里必须从顶点浇涂。

与湿涂相比的优势

必须在多胺和异氰酸酯这两种组分混合后,使双组分聚脲涂料在喷涂模腔内均匀分布在整个长度上。“如果油漆粘度太高,在喷涂模腔被完全涂满之前油漆就开始固化了。”

Steffen Reuter和他的团队并没有选择回避,这展现了塑料加工商Weidplas的实力。“实现比湿式喷涂更快速、更可靠地生产高光零件的梦想是我们强大的动力。我们看到ColorForm工艺与聚脲浇涂相结合的这种新方法有很多优势,这些优势主要体现在设计自由度、喷漆质量和工艺工程。在品质方面,它展现了优异的光学效果、耐化学性和更好的机械性能。同时即便在极小的圆角和边缘处,也可以获得均匀的喷漆厚度。”

此外,与湿式喷涂相比,较厚的油漆厚度使得小划伤通过简单的抛光打磨即可修复,特别是外饰件。至于工艺技术,几乎完全自动化的一步法工艺从开始注塑到可装配零件放到转运设备上,整个过程不到一分钟。待喷漆零件无需前处理、无喷漆和烘干系统、无废气净化、不使用溶剂、不需无尘室,也没有昂贵的二次加工。“然而Colorform工艺和聚脲涂料为设计师提供了更多的设计自由度才是决定性的因素,”Steffen Reuter说。Thomas Moch补充道,“原则上,该工艺同样也允许不同的油漆厚度,例如在脆弱的边缘。”

为设计提供更大自由度的技术

Reuter尤其将设计自由度看作该工艺能够在市场立足的清晰信号。“电动化和自动驾驶这两大趋势将改变市场。汽车生产商传统的核心竞争力已不能满足未来的市场,他们必须为新的趋势留出空间,如电池续航里程和内外饰设计。”

即便是镜面金属表面效果和抗菌表面也可以通过耐受性聚脲来实现。PC+ABS和ASA体系都可以作为基体材料 。

即便是镜面金属表面效果和抗菌表面也可以通过耐受性聚脲来实现。PC+ABS和ASA体系都可以作为基体材料 。

特别是在汽车领域,用聚脲浇涂热塑性塑料零件具有多种优势。高光泽表面可以与相邻的哑光或有纹理的表面形成无缝的衔接。这种表面不仅抗刮伤能力强,耐候性和抗紫外光性能好,并且对各种化学品、汗渍和其它腐蚀性物质不太敏感。另外任意尺寸甚至细微的文字、标牌符号及装饰性元素作为哑光部分嵌入到高光泽表面。同样,文字、标牌符号也可做成哑光背景上外凸的高光泽元素。“如果基材是透明或半透明聚合物注塑成型,甚至光学效果也可集成到零件上。”克劳斯玛菲战略产品管理负责人Jochen  Mitzler介绍道。

Steffen Reuter指出,“如果设计师想进一步挖掘利用塑料加工工艺令人惊叹的可能性,就必须和我们密切合作。”Reuter也正在考虑浇涂腔体几何形状的边界条件,以便在部件设计过程中给客户提供重要的参考,Weidplas在它的技术研发中心(TCC)为初步测试和开发项目搭建了一个平台。

PSA在早期阶段已意识到浇涂的优势

A柱饰板的两个外观部分从旋转模板中出来的时候就带有钢琴镜面高光效果,并且油漆厚度是均匀的,即便在半径和边缘处也是如此,良品率几乎达100%。尽管生产周期不到一分钟,但这种只在外观部分喷涂的双组分油漆脱模后就已经充分固化。饰板背面的部件还在注塑模具内时,就与外观部件焊接在了一起。每分钟都有一对由两部分组成的带有密封唇边的零件完成组装、焊接在一起并装入装运箱中。

Steffen Reuter从一开始就支持这个项目,并带领着背景各异的开发团队研发出了这种不仅技术巧妙,同时经济前景广阔的解决方案。

“不管怎么说,我们的客户都希望我们可以为汽车内外饰提供更好更具吸引力的外观零件。对此我们很少收取额外的费用。不过还是获得了额外的收获,比如功能集成给负责创新的董事会成员更多压力。直接注塑单元加工完成的配有指示灯和地面灯并要特别抗刮擦的外后视镜外壳就是一个很好的实例。”

 “双组分反应型涂料因成分的原因,比传统湿法涂料贵,只有通过工艺优势才能平衡成本压力。” Thomas Moch在总结优势时说道,“A柱饰板的涂层厚度均匀,脱模以后即呈现镜面效果。几乎100%的良品率,不需要二次加工就可放到组装线上。用克劳斯玛菲高度自动化的机器人单元和旋转板模一步法进行生产,使得Weidplas能够以正常的市场价格,提供功能更好、光学品质更好的成型零件。”Steffen Reuter又为优势清单添加了一笔,道,“反应型涂料不含溶剂,涂料在注塑模具中时,不会发生过涂现象。并且是一种没有任何气体排放的高能效高、环保型工艺。”

聚脲——瞬间固化,无需催化剂

潜在用户总是会问,怎么可能这么快,还在模具内就固化而不需要外部加热。Moch的回答是,“反应型胺基与异氰酸酯基的存在使得主要组分多胺和异氰酸酯的瞬间反应成为可能。我们的聚脲因此可以在热塑性塑料浇涂后瞬间固化并实现脱模。” Reuter也表示,他一开始对成品部件是否能够在不使用脱模剂的情况下,真正很容易脱模表示怀疑。“我们对聚脲涂料在液态下发黏但却能在瞬间固化,使浇涂部件从模具中脱出时没有丝毫发黏感到非常惊讶。”

反应型涂料的两种组分分别在储料桶和模具混料头之间循环。在注塑模具中涂层的双组分高光泽体系部件的整个生产周期不到一分钟, A柱饰板上下两部分零件的切边和超声焊接时间也包括在内。

反应型涂料的两种组分分别在储料桶和模具混料头之间循环。在注塑模具中涂层的双组分高光泽体系部件的整个生产周期不到一分钟, A柱饰板上下两部分零件的切边和超声焊接时间也包括在内。

负责模具制造的Hofmann创新集团报告说,配混后聚脲的高流动性极具挑战。这种双组分涂料必须以水一样的粘度泵送到注塑模具的涂布腔中。因此,模具生产商和Weidplas一起合作,共同开发了设计方案,以确保将聚脲无泡沫地分布在腔体内,并且不需要增加锁模压力,同时速度足够快以确保聚脲不会从模具中溢出。“为了实现这个目标,浇涂零件的形状也必须进行优化,”克劳斯玛菲的Jochen Mitzler说道。他同时也明确指出,必须逐步获得不同几何形状部件的进一步经验、收集更多工艺参数。根据Mitzler的说法,“采用反应型涂料进行模内喷漆的潜力如此之大,是值得去完成这个学习积累的步骤的。”

SteffenReuter大胆预测,这种创新在不久的将来会有变得更加可行。“通过我们新的生产技术,我们很快就能够生产出看上去像黄铜或青铜的零件。并且可能生产出具有闪光效果、表面抗刮擦性能优良,甚至能抗菌的高品质涂料。”因此,进一步的创新已经在研究中。


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