汽車PP保險杠塑成型收縮及涂裝后收縮的

研究汽車PP保險杠塑成型收縮及涂裝后收縮的研究汽車PP保險杠塑成型收縮及涂裝后收縮的研究全如下摘要本針對目前乘用車保險杠所面臨的尺寸穩(wěn)定性現(xiàn)狀，對汽車PP保險杠的塑成型收縮及涂裝后收縮的情況分別進行了分析，尋找到了穩(wěn)定保險杠尺寸和提高裝配精度的控制手段。闡述了通過選用合適的彈性體品種，控制合理的彈性體添加比例，以及調整合適的塑工藝可以得到希望的保險杠尺寸。關鍵詞PP保險杠；尺寸穩(wěn)定性；塑成型收縮；涂裝后收縮AbstractThispaperresearchesonthecontrolmeansofstabilizingthedimensionandimprovingtheassemblyaccuracy,byanalyzingtheshrinkageafterinjectionIdingandcoatingrespectively,inallusiontothestatusuoofthedimensionalstabilityoftheautotivePPbumper.Itisa1soelaboratedthat,wecangetthehopedimensionofthebumperbychoosingappropriatevarietiesandcontrollingreasonab1eaddingprortionoftheelastomer,andbyadjustingtherightldingprocess.1引言近十年,我國的汽車迅猛,進入十二?五以,汽車年產(chǎn)銷總量已超過2000萬輛，其中近1500萬輛是乘用車。對于乘用車而言，無論是轎車，還是MPV或SUV,其保險杠基本都是采用PP共混改性材料塑成型，然后根據(jù)需要噴涂或套色噴涂成與車身同色的成品。多次拆車分析的結果表，它們所使用的PP共混改性材料大部分為PPE/PT20類型。然而，PP材料屬于結晶性材料，溫度對尺寸的影響較大,即塑成型過程中，PP保險杠從模具型腔取出經(jīng)空氣冷卻后，會發(fā)生較大收縮［1］。我們把冷卻至室溫48h后的尺寸變化值，與模具型腔尺寸值的比值稱為塑成型收塑率。汽車前后保險杠均需要與車身配合，一旦尺寸發(fā)生超差，它與車身銜接處就會出現(xiàn)間隙或段差。本通過研究汽車PP保險杠的塑成型收縮率及涂裝后收縮率,尋找到了穩(wěn)定保險杠尺寸和提高裝配精度的控制手段。2PP材料塑成型收縮的基本原理PP材料的塑成型收縮主要于以下兩個方面第一，是PP分子鏈的伸展與卷曲。PP由數(shù)百至數(shù)千個丙烯單體聚合而成，塑前,PP分子鏈就如一根根卷曲的彈簧相互纏繞，進入料筒加熱熔融后,分子鏈解纏,散開，并在塑壓力推動下伸展開，沿著壓力方向向前流動直至冷卻固化。如圖1所示冷卻固化后，PP分子鏈在失去塑壓力推動的情況下，又會發(fā)生卷曲，這個分子鏈卷曲的現(xiàn)象反映到塑件表觀上，就是塑件的收縮。因此，分子鏈伸展、卷曲的程度與速度體現(xiàn)了塑件塑成型后收縮率的大小與收縮速度的快慢。在PP中添加彈性體和滑石粉進行共混改性后，彈性體微粒分散在PP本體中海島結構，滑石粉顆粒作為無機填料均勻分布，對PP分子鏈的伸展和卷曲均起到了阻礙作用。因此，該PP分子鏈的伸展、卷曲程度和速度都比純PP要低得多，也就是說，共混改性后的PP的收縮率和收縮速度顯降低，即反映了這樣的情況.從還可以看出，彈性體和滑石粉的共同作用，對共混改性材料收縮率的影響要比其中任何一種材料單獨作用時大得多。導致PP塑后收縮的第二個因素，是PP的結晶行為。PP是結晶性聚合物，其結晶部分在加熱時吸熱熔化，而在冷卻時則又重新結晶并放出熱量。在結晶狀態(tài)時,PP分子結構堆砌得比較規(guī)整,因而體積會比熔融狀態(tài)時小，反映到塑件的表觀,也是塑件的收縮。顯然，這個收縮的程度和速度與PP結晶的數(shù)量和速度有關。在加入彈性體和滑石粉后，PP的結晶受到了破壞,因而，在塑成型時,共混改性后的PP的收縮率和收縮速度要比采用純PP塑時小得多。3保險杠塑成型收縮率與收縮速度的影響因素塑成型收縮率以及收縮速度與多方面的因素相關。有的產(chǎn)品從型腔取出后，尺寸很快就可以收縮到位,4h后收縮可以完成約80%,而有的產(chǎn)品收縮速度非常慢，即使48h后產(chǎn)品還在繼續(xù)收縮，最長甚至要72h以上才能完成收縮。有的產(chǎn)品從型腔脫模到產(chǎn)品完全定型，尺寸變化率很小，而有的產(chǎn)品則變化率很大.根據(jù)不同的PP品種及共混改性的組份變化，產(chǎn)品從熱狀態(tài)到最終定型，尺寸變化率圍可以達到0。5%?1.8%。有研究表[3],配混料的收縮較聚合物材料下降50%。對于未經(jīng)改性的PP原料，塑收縮率為1。5%?1.8%.經(jīng)添加彈性體和滑石粉改性后，塑收縮率可以降低至0.8%?1.2%。而經(jīng)過特殊組分混配的PP改性材料，塑收縮率最低可達到0.5%。通過對PP塑成型收縮的原理分析可以推斷出，PP,彈性體,滑石粉三者的品種和添加比例會對共混材料的塑成型收縮率和收縮速度產(chǎn)生影響.其中，表2?表4是在保證材料類型為PPE/P(12%)TALC(20%)的前提下，分別只調整其中一種物質的品種得到的數(shù)據(jù)；表5?表6是在三種物質的品種都固定不變的前提下，分別再固定滑石粉添加比例為20%和彈性體的添加比例為12%得到的數(shù)據(jù)。從表2可以看出，采用均聚PP作為共混改性材料的基材,比采用共聚PP的塑成型收縮率要略大，而收縮速度跟基材PP的品種關系不大。從表3可以看出,彈性體的品種對共混改性材料的收縮率影響比較大，最最小值相差2。5個千分點，而收縮速度則影響不大.從表4可以看出，滑石粉的品種對共混改性材料的收縮率和收縮速度的影響都比較小。從表5可以看出，共混改性材料的收縮率與收縮速度，均隨著彈性體的添加比例增加而降低，達到某一值后趨于穩(wěn)定。從表6可以看出，共混改性材料的收縮率隨著滑石粉添加比例的增加而快速降低，而收縮速度變慢，但變化的幅度不是很大.綜合上述數(shù)據(jù)分析，可以得出結論PP,彈性體，滑石粉都會對PP共混改性材料的收縮率和收縮速度產(chǎn)生影響。其中，彈性體和滑石粉的添加比例對收縮率和收縮速度產(chǎn)生較大影響。在三者混合比例固定的情況下，彈性體的品種對共混改性材料的收縮率影響最大。除材料本身的組成變化對保險杠塑成型的收縮率和收縮速度產(chǎn)生影響外,塑成型的工藝對保險杠的尺寸和收縮速度也會有一定的影響［4,5］。根據(jù)PP塑成型收縮的原理，可以推測，當成型工藝發(fā)生變化，比如說改變塑的溫度、材料推進的速度、塑的壓力、保壓的壓力和時間等,保險杠冷卻到穩(wěn)定狀態(tài)時的尺寸和所需要的時間是不同的。同種材料在不同工藝下塑保險杠，其成型后的尺寸和達到穩(wěn)定尺寸所需要的時間見7表收縮率和收縮速度根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)可以看出，塑成型工藝會對保險杠的收縮率產(chǎn)生影響，其中塑速度影響較大塑越快，成型后的保險杠的收縮率就越大，尺寸也就越短。成型工藝對保險杠的收縮速度的影響程度則不顯。在實際生產(chǎn)過程中，我們需要生產(chǎn)出的保險杠最終冷卻后的定型尺寸是否符合要求，常需要采用強制冷卻的方式代替需要停線放置至少12h的自然冷卻，強制冷卻的方式如下將保險杠浸入水中30min,測量其1m線長度。為了驗證這種方法的有效性，我們對保險杠用強制冷卻和自然冷卻兩種方式冷卻后的尺寸進行了比較,見表8從表8可以看出,這種強制冷卻方法與實際自然冷卻方法的結果比較接近,可以用作首件驗證的一個手段.4保險杠涂裝后收縮的影響因素保險杠塑成型后素材件的收縮一般稱為一次收縮,涂裝烘烤后的收縮稱為二次收縮。保險杠涂裝后二次收縮的成因目前通常有兩種解釋第一是PP結晶部分在烘烤（一般約80℃@45min）至再次冷卻的過程中，發(fā)生再次結晶，使得分子結構的規(guī)整度進一步提高，從而保險杠尺寸發(fā)生進一步的收縮。第二是PP分子鏈在第一次塑成型冷卻過程被凍結，涂裝受熱狀態(tài)下發(fā)生松弛，并在隨后的冷卻過程中繼續(xù)回彈卷曲，反映到零件表觀上就是進一步的收縮。對保險杠塑成型收縮情況的研究表，保險杠塑成型收縮的影響因素,同樣也會對保險杠涂裝烘烤的二次收縮產(chǎn)生影響，但影響的程度有所不同，下面以PPE/PT20類型材料為研究對象，研究各因素對保險杠涂裝后收縮的影響，研究結果見圖2（縱坐標均為1m線長度）根據(jù)統(tǒng)計結果分析，,保險杠涂裝前后的尺寸變化，一般為2。0—2.5個千分點.但在不同彈性體品種的情況下,這個變化值相差比較大。在實際試驗中,測得保險杠涂裝前后的尺寸變化，最小值為0.5個千分點，并經(jīng)多次重復試驗得到驗證?？梢?，彈性體的品種對于保險杠涂裝后收縮的影響是比較大的。同種材料不同成型工藝對涂裝后收縮的影響則列于表95結語保險杠的尺寸