CN103692591B - 一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法，主要采用的设备包括混合造粒机、高压容器、旋塑成型机，混合造粒机用于混合原料和纤维，并将混合物制备成颗粒，高压容器可对混合造粒机加工的混合物颗粒进行发泡，得到纤维增强的微发泡复合材料颗粒，旋塑成型机内有汽车车身旋塑成型模具，模具的阳模和阴模围成汽车车身壳体型腔，型腔壁由金属钢板制成，型腔壁上可开设气体出口和进口，热气体以一定的速度从型腔内穿过，在出口关闭的情况下，热气体在型腔内可以保持一定的压力，发泡颗粒之间通过纤维相互搭接，从而形成结构均匀的纤维增强微发泡复合材料。本发明的方法，在高压容器和滚塑机内都向复合材料内充入了气体，成型制品质量更轻。

Description

一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法

技术领域

本发明涉及一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法，具体涉及一种先将高分子聚合物和纤维的混和物经过高压微发泡，再采用旋塑成型工艺的方法制备超轻汽车车身。

背景技术

高分子材料在超轻汽车车身的加工中已经得到了广泛的应用，尤其是聚乙烯(PE)，因其优异的物理性质，在旋塑成型超轻汽车车身中越来越受重视。但是采用旋塑成型制备的纯PE制品收缩率大、机械性能低，虽然通过加厚车身或在车身内预埋龙骨的方法能起到一定作用，但是会加大车身的质量，且增加加工难度，无法实现真正意义的超轻汽车车身。此外，如果纯加纤维增强改性的话，无论是预先混合还是后混合都无法使纤维与原料均匀混合，所加工的旋塑汽车车身制品力学性能不稳定。

发明内容

本发明的目的是针对纯PE和普通纤维增强的方法无法旋塑成型满足强度和质量要求的全塑车身，提供一种简单的纤维增强微分发泡制备超轻汽车车身旋塑成型的方法，所采用的旋塑成型微分发泡技术及设备简单、易于实施，能制备强度高、精度高、质量轻的汽车车身。

本发明一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法，所用的原料包括低密度聚乙烯LDPE、线性低密度聚乙烯LLDPE、高密度聚乙烯HDPE、交联线性聚乙烯XLPE、茂金属线性低密度聚乙烯mLLDPE等；所选用的纤维增强材料包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。

本发明一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法，主要采用的设备包括混合造粒机、高压容器、旋塑成型机，旋塑成型机内有汽车车身旋塑成型模具和对模具进行加热和温度控制的系统，模具的阳模和阴模围成汽车车身壳体型腔，型腔壁由金属钢板制成，例如铝合金薄板或铝镁合金薄板或不锈钢薄板等，型腔壁上可开设气体出口和进口，热气体以一定的速度从型腔内穿过，在出口关闭的情况下，热气体在型腔内可以保持一定的压力。

本发明一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法，其混合机用于混合原料和纤维，将原料和纤维加入混合机，经搅拌后得到粉末状的混合物，并将混合物制备成颗粒。

本发明一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法，高压容器可对混合机加工的混合物颗粒进行发泡，得到纤维增强的微发泡复合材料颗粒，颗粒的直径一般为2-8mm。颗粒太小不易于获得所需的发泡倍率，材料的气体溶解度低，颗粒太大不利于旋塑成型，原料流动性差，壁厚不容易均匀。

本发明一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法，旋塑成型机主要将纤维增强微发泡复合材料颗粒加工成型超轻汽车车身，其发泡后的发泡颗粒之间通过纤维相互搭接，从而形成结构均匀的纤维增强微发泡复合材料。

本发明一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法，具体实施工序如下：

工序1利用混合机对原料粉末颗粒和纤维进行混合，经搅拌、混合后得到粉末状的混合物，并将混合物制备成颗粒；

工序2利用高压容器对工序1得到的混合物颗粒进行微发泡，形成纤维增强微发泡复合材料颗粒，颗粒的直径一般为2-8mm；

工序3利用旋塑成型机对工序2得到纤维增强微发泡复合材料颗粒进行加工，制备超轻汽车车身。首先将旋塑成型机内有汽车车身旋塑成型模具进行预热，把纤维增强微发泡复合材料颗粒加入到模具阳模和阴模围成汽车车身壳体型腔内，对模具进行快速加热，由于型腔壁由金属钢板制成，靠近模腔壁的颗粒熔化，型腔壁上设置有气体出口和进口，将热气体以一定的速度从型腔内穿过，待型腔内的冷气体被排出后，关闭气体出口，热气体在型腔内可以保持一定的压力，进入型腔的热气体将颗粒表面熔化，充入到型腔内的气体将复合材料压向型腔壁，借助旋塑成型机对模具提供的运动，复合材料逐渐地均匀分布在型腔壁内壁上，贴近型腔壁的复合材料因熔融和压力的作用部分气体逸出，型腔内部的发泡颗粒由于是热的不良导体，很难快速完全熔化，颗粒表面熔化后颗粒粘合在一起，复合材料中的纤维在颗粒间起到连接增强作用，由于有热气体保留在型腔中，加上复合材料颗粒中已经存在的气体，所得汽车车身是微发泡复合材料，保压和保温一段时间后，将模具从旋塑成型机中移出，对模具整体进行冷却，然后打开模具，得到汽车车身制品。

本发明的有益效果是：

1、本发明一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法，高压容器对混合颗粒进行发泡，使得原料先期发泡，夹杂了大量的气体，在滚塑机内充入的气体作用下，颗粒间又进入了一些气体，因而成型的制品质量更轻，生产过程利用混合造粒机、高压容器和滚塑机，利用的设备少、方法简单、容易实施，通过微发泡可以实现纤维和塑料的均匀混合，得到增强效果明显、强度高、质量轻的纤维增强复合材料。

2、该成型方法工艺简单、成本低，可以利用现有的发泡工艺和旋塑装备进行生产，可以加工表面结构复杂、强度高和质量轻的汽车车身。

附图说明

图1是本发明一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法所采用的旋塑成型机结构示意图。

图2是本发明一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法所加工的纤维增强微发泡复合材料结构示意图。

图中，1-旋塑成型机、2-模具、3-发泡颗粒、4-纤维。

具体实施方式

现结合附图对本发明专利详细描述如下：

本发明一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法，如图1所示，该方法所采用的主要装置包括混合机、高压容器、旋塑成型机1，旋塑成型机1内有汽车车身旋塑成型模具2和对模具2进行加热和温度控制的系统，模具2的阳模和阴模围成汽车车身壳体型腔，型腔壁由金属钢板制成，例如铝合金薄板或铝镁合金薄板或不锈钢薄板等，型腔壁上可开设气体出口和进口，热气体以一定的速度从型腔内穿过，在出口关闭的情况下，热气体在型腔内可以保持一定的压力。混合机用于混合原料粉末颗粒和纤维4，将原料粉末颗粒和纤维4加入混合机得到粉末状混合物颗粒，高压容器可对混合机加工的混合物颗粒进行发泡；发泡工艺一般是充入惰性气体或氮气、CO₂，压力为7-10MPa，发泡时间24小时，若压力低，发泡时间延长；得到纤维增强微发泡复合材料颗粒，最后利用旋塑成型机1加工纤维增强微发泡复合材料颗粒，并制备所需规格超轻汽车车身。

本发明一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法，如图2所示，由高压容器加工后的纤维增强微发泡复合材料发泡颗粒3之间通过纤维4形成相互搭接的结构，此结构不仅对原料进行有效增强，且发泡颗粒3和纤维4能混合均匀。

本发明一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法，具体实施工序如下：

工序1利用混合机对原料粉末颗粒和纤维进行混合，经搅拌、混合后得到粉末状的混合物，并将混合物制备成颗粒，原料粉末颗粒可以选择各种聚乙烯、聚丙烯或尼龙，纤维选择玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维等；

工序2利用高压容器对工序1得到的混合物颗粒进行微发泡，形成纤维增强发泡颗粒3，发泡颗粒3的直径一般为2-8mm，发泡的气体为CO₂；

工序3利用旋塑成型机对工序2得到纤维增强微发泡复合材料颗粒进行加工，制备超轻汽车车身。首先将旋塑成型机1内的汽车车身旋塑成型模具2进行预热，把纤维增强微发泡复合材料颗粒加入到模具阳模和阴模围成汽车车身壳体型腔内，对模具2进行快速加热，由于型腔壁由金属钢板制成，靠近模腔壁的颗粒熔化，型腔壁上设置有气体出口和进口，将热CO₂气体以一定的速度从型腔内穿过，待型腔内的冷气体被排出后，关闭气体出口，热CO₂气体在型腔内可以保持一定的压力，进入型腔的热CO₂气体将颗粒表面熔化，充入到型腔内的CO₂气体将复合材料压向型墙壁，借助旋塑成型机1对模具2提供的运动，复合材料逐渐地均匀分布在型腔壁内壁上，贴近型腔壁的复合材料因熔融和压力的作用部分气体逸出，型腔内部的发泡颗粒3由于是热的不良导体，很难快速完全熔化，颗粒表面熔化后颗粒粘合在一起，复合材料中的纤维4在颗粒间起到连接增强作用，由于有热CO₂气体保留在型腔中，加上复合材料颗粒中已经存在的CO₂气体，所得汽车车身是微发泡复合材料，保压和保温一段时间后，关闭进气口，将模具从旋塑成型机中移出，对模具2整体进行冷却，然后打开模具2，得到汽车车身制品，由于汽车车身制品是有纤维增强的发泡材料制成的，整体重量减轻，刚性很好。

Claims (5)

1.一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法，其特征在于：该方法所采用的装置包括混合造粒机、高压容器和旋塑成型机，加工步骤如下：

第一步，利用混合机对原料粉末颗粒和纤维进行混合，经搅拌、混合后得到粉末状的混合物，并将混合物制备成颗粒；

第二步，利用高压容器对第一步得到的混合物颗粒进行微发泡，形成纤维增强微发泡复合材料颗粒；

第三步，利用旋塑成型机对第二步得到纤维增强微发泡复合材料颗粒进行加工，首先将旋塑成型机内的汽车车身旋塑成型模具进行预热，把纤维增强微发泡复合材料颗粒加入到模具阳模和阴模围成汽车车身壳体型腔内，对模具进行快速加热，靠近模腔壁的颗粒熔化，型腔壁上设置有气体出口和进口，将热气体以一定的速度从型腔内穿过，待型腔内的冷气体被排出后，关闭气体出口，热气体在型腔内保持一定的压力，进入型腔的热气体将颗粒表面熔化，充入到型腔内的气体将复合材料压向型腔壁，借助旋塑成型机对模具提供的运动，复合材料逐渐地均匀分布在型腔壁内壁上，贴近型腔壁的复合材料因熔融和压力的作用部分气体逸出，颗粒表面熔化后颗粒粘合在一起，复合材料中的纤维在颗粒间起到连接增强作用，由于有热气体保留在型腔中，加上复合材料颗粒中已经存在的气体，所得汽车车身是微发泡复合材料，保压和保温一段时间后，将模具从旋塑成型机中移出，对模具整体进行冷却，然后打开模具，得到汽车车身制品。

2.根据权利要求1所述的一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法，其特征在于：所述的原料粉末颗粒可以是低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、交联聚乙烯、茂金属线性低密度聚乙烯。

3.根据权利要求1所述的一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法，其特征在于：所述的纤维包括玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。

4.据权利要求1所述的一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法，其特征在于：纤维增强微发泡复合材料颗粒的直径为2-8mm。

5.据权利要求1所述的一种纤维增强微分发泡超轻汽车车身旋塑成型方法，其特征在于：高压容器内充入的发泡气体是惰性气体、氮气或CO₂。