CN105881876B - 汽车车门板的再生革表皮的真空吸塑成型工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汽车车门板的再生革表皮的真空吸塑成型工艺及装置，将皮芯结构的热塑性合成纤维和动物皮纤维均匀混合，经无纺工艺制得汽车车门板用掺混皮芯型热塑性合成纤维的再生革；在真空吸塑成型过程中，经本发明提出的真空吸塑成型装置，通过再生革卷料铺展、精准控温加热、成型表皮固定与真空吸塑、再生革废料的回收等工位，实现汽车车门板再生革表皮的多工位一体化成型，得到使役性能和成型性能都优异的车门板表皮。本发明的工艺方法简单、操作方便、实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及汽车内饰领域，特别涉及汽车车门板的再生革表皮的真空吸塑成型工艺及装置。
背景技术
随着汽车工业、材料技术的快速发展，人们对汽车内饰的美观、舒适、安全、环保提出了更高要求。目前，汽车车门板内饰表皮主要采用聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)等合成高分子材料，难以实现废料的回收再利用。其中，PVC车门板表皮存在抗老化性能差，高温下增塑剂等有机助剂容易挥发等问题，给驾乘人员的健康和安全造成隐患。虽然PU表皮有优异的弹韧性、耐老化、耐刮擦性和环保性，但因价格昂贵以及对石化不可再生资源的依赖，目前多用于中高档车型。
皮革制品以其优异的透气性及奢华的质感深受消费者喜爱。往往作为高端车型的内饰表皮。但真皮的利用率极低，据统计，用于制革的动物皮仅有约27％转化为有价值的皮革制品，不仅造成材料的巨大浪费，废弃皮革也会严重污染环境。充分利用废弃的动物皮革，经无纺工艺制得的动物皮纤维再生革，透气性好、弹性好、手感佳且具有原生皮革质感，现已在鞋帽、沙发等行业广泛应用，在汽车内饰领域也有广阔的应用前景。
然而，单一组分的动物皮纤维再生革的纤维之间均通过物理缠结的方式交联，虽然透气性及质感较好，但很难满足内饰表皮对拉伸及撕裂强度的要求。特别要指出的是，汽车车门板内饰表皮形状复杂，制品表面质量要求高，目前主要采用真空吸塑方式成型。为了避免再生革在真空吸塑成型中的变形不均匀、拉伸破裂、表面褶皱等问题，发明了一种掺混皮芯型热塑性合成纤维的再生革以及成型工艺和装置。
中国专利CN2013104611955公开了一种天然纤维/热塑性树脂复合材料汽车内饰板及混配方法。将热塑性合成纤维与天然纤维经模压成型工艺粘结，制备具有较大厚度、较高硬度和强度及刚度的汽车内饰板，该成型工艺并不适用于对柔韧性要求较高的汽车车门板表皮；且其热塑性合成纤维用量大，降低了绿色环保的效果。
发明内容
为解决汽车车门板再生革表皮的力学性能差及在真空吸塑成型过程中的变形不均匀、破损、褶皱等问题，本发明通过调控动物皮纤维再生革的组分，优化吸塑成型工艺和装置，得到力学性能和成型性能都优异的车门板内饰表皮。
本发明提出一种掺混一定比例皮芯结构的热塑性合成纤维的再生革。具有皮芯结构的热塑性合成纤维的皮层熔融温度较低，在真空吸塑成型过程中，纤维表面熔融并与动物皮纤维形成物理粘结，显著提高再生革的拉伸及撕裂强度；另外纤维芯部熔融温度较高，仍能保持纤维状，均匀分布于再生革中起到骨架支撑及增强作用，赋予再生革更好的定型性能。考虑到车门板表皮还要有较好的透气性、弹性和原生皮革质感，本发明对“动物皮纤维再生革的组成和加热温度对再生革表皮使用性能和成型性能的影响”进行了系统分析和摸索，结果表明：当皮芯结构的热塑性合成纤维的质量分数为8％～20％时，所得再生革制品不仅具有优异的弹性和原生皮革质感，且有效解决了纯的动物皮纤维再生革力学性能差的问题。
针对再生革内饰表皮成型过程中的变形不均匀、褶皱等问题，本发明提出一种可精准控制加热温度的真空吸塑成型装置及成型工艺。在成型装置中，整个加热工位由多个尺寸相同的加热单元组成并按矩阵式排列，每个加热单元均可通过加热控制程序单独控制加热温度及升温速率，实现整个加热区域温度的点对点控制。在车门板表皮成型过程中，根据车门板表皮不同区域的变形量，精准调节加热温度及升温速率，有效避免车门板再生革内饰表皮在成型过程中变形不均匀及局部褶皱的情况。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种汽车车门板再生革表皮的真空吸塑成型工艺，包括：
在疏解好的动物皮纤维中掺混质量分数为8％～20％的皮芯结构的热塑性合成纤维，再经无纺工艺制得动物皮纤维再生革；
将制备好的动物皮纤维再生革卷料与PU膜卷料进行开卷、铺展；
精准控温加热再生革和PU的片材；
对再生革和PU的片材边缘进行固定；
真空吸塑成型；
冷却，得成型的汽车车门板表皮；
对已成型汽车车门板表皮进行切割和废料收卷。
研究发现：若皮芯结构的热塑性合成纤维的质量分数高于20％，则动物皮纤维再生革表皮的邵氏硬度(A)往往超过100，很难满足内饰表皮的柔韧性、弹性和透气性要求；若皮芯结构的热塑性合成纤维的质量分数低于8％，则邵氏硬度(A)往往低于50，不能显著提高再生革的拉伸及撕裂强度，而且难以实现再生革的有效成型，并直接影响其制品的耐磨性和使用寿命。因此，本发明中皮芯结构的热塑性合成纤维的质量分数设定为8％～20％。
本发明中所述的“邵氏硬度”为：用于确定塑料或橡胶等软性材料的相对硬度。它测量了规定压针在指定压强和时间条件下的针入度。硬度值用来识别或指定特殊硬度的塑料或橡胶，也可作为多批材料的质量控制。对照行业标准，通过邵氏硬度的数值可以衡量表皮的质感和弹性。
优选的，所述工艺的具体条件包括：
(1)展料：将再生革及PU膜卷料同时送入真空吸塑成型装置的展料工位，进行开卷，通过定位辊及输送带将两种材料送入加热工位。
(2)精准控温加热：对输送到加热工位的再生革及PU片材进行精准控温加热，使再生革及PU片材的不同区域具有不同的变形能力；加热区域由矩阵式排列的加热单元组成，每个加热单元均可实现单独温度控制；根据片材不同的变形量，设置合适的加热温度及升温速率。
(3)预成型片材的边缘固定：加热之后的片材被迅速输送到真空吸塑模具上方，在条状再生革的轴线方向给予一定的材料补偿，并将四边压紧固定，在密闭室中鼓入热空气，保持再生革在原加热工位达到的温度从而精确控制成型变形量，并且避免再生革和PU膜下垂而与设备和模具发生接触。
(4)真空吸塑成型：预热后的车门板表皮成型模具上升，停止通入热空气，在成型片材与成型模具之间形成密封空间，并迅速将模具与片材之间的密闭空间抽真空，借助片材两面的大气压差使其变形后覆于模具轮廓面上。
(5)已成型表皮与模具的冷却：汽车车门板再生革表皮成型结束后，从已成型表皮上方进行鼓风冷却。
(6)已成型车门板表皮的切割和废料收卷：待内饰表皮冷却到一定温度之后，位于模具上方的内饰表皮裁切刀具降落，完成车门板内饰表皮的裁切；取下车门板内饰表皮，剩余的废弃再生革在设备末端进行回收并集中处理。
优选的，所述皮芯结构热塑性合成纤维的皮层熔点比芯层熔点低，且皮层熔融温度为100～130℃，低于真空吸塑成型加热温度，而芯层材料熔融温度要高于真空吸塑成型温度。
进一步的，所述皮芯结构热塑性合成纤维为具有皮芯结构的4080纤维、N720型纤维、ES纤维等，优选4080纤维。
动物皮纤维的长度在30～60mm之间，皮芯结构热塑性合成纤维长度控制在50～80mm，较长的皮芯结构热塑性合成纤维能赋予产品良好的强度及定型性。
所述动物皮纤维再生革的厚度为0.8～1.5mm。
优选的，步骤(1)所述PU膜厚度为0.3～0.5mm，控制再生革与PU膜覆合后的总厚度小于2.0mm。
优选的，根据吸塑成型工艺的具体成型方式(阴模成型或阳模成型)，选择步骤(1)所述PU膜是否预先压制花纹。若选择阳模成型，则PU膜需要预制花纹；若为阴模成型，则不需要预先加工花纹。
优选的，步骤(2)中所述加热单元由耐高温陶瓷材料组成，每个加热单元中均包含数根加热套管，套管内含加热电阻丝。
优选的，步骤(2)所述矩阵式排列的加热系统的具体尺寸及加热单元的数量可以根据成型装备及成型工艺精度要求进行调整，例如，在整个加热区采用240个加热控制单元，每个加热单元的尺寸设置为100×60mm。
优选的，步骤(2)中，所述再生革与PU片材的平均加热温度保持在110～140℃，局部区域可根据变形量调控具体加热温度，在100～160℃范围内。经研究发现，再生革与PU片材的平均加热温度若低于110℃，则难以实现车门板再生革表皮的长久定型，在成型产品降温之后会出现严重的变形回弹现象；而平均加热温度如果高于140℃，真皮纤维容易老化，其力学强度下降严重，不能满足后续复杂形状成型的力学性能要求。
优选的，步骤(3)中，所述鼓入热空气的温度为80～100℃，热空气鼓入的持续时间约10～25s。鼓入热空气的温度与再生革及PU片材的预加热温度越接近，则在真空吸塑成型工位越可以保持再生革及PU片材的预加热温度，但综合考虑加热空气的能源消耗及再生革及PU片材的温度保持效果，优选热空气温度为80～100℃。热空气鼓入时间的控制主要依赖于成型车门板表皮的变形复杂程度，变形稍简单的内饰表皮通过设置较短的热空气鼓入时间实现预变形；而变形较剧烈且比较复杂的内饰表皮，在成型过程中需要保持较长的时间进行预变形。
优选的，步骤(4)所述真空吸塑过程真空度设置为-0.07～-0.1MPa，抽真空时间为15～30s。模具的预热温度为70～80℃。
优选的，步骤(5)所述冷却降温速率保持在10～20℃/min，防止冷却过快内饰表皮起皱，内饰表皮降温至30～40℃。
根据本专利涉及再生革及汽车车门板表皮的吸塑成型工艺的特点，真空吸塑成型装置主要划分为如下四个工位：再生革卷料铺展、精准控温加热、成型表皮固定与真空吸塑、再生革废料的回收等。
本发明还提供了一种汽车车门板再生革表皮的真空吸塑成型装置，包括输送机构、加热机构、真空吸塑成型机构和控制系统；所述输送机构依次穿过加热机构、真空吸塑成型机构；所述控制系统通过控制线路分别与输送机构、加热机构、真空吸塑成型机构连接；所述输送机构设置有定位辊、输料导辊及传送带；所述加热机构对输送的动物皮纤维再生革及PU膜片材进行精准控温加热；所述真空吸塑成型机构使所述再生革及PU片材紧密贴敷于模具上。
本发明的有益效果：
(1)掺混一定比例皮芯结构热塑性合成纤维的再生革，在成型过程中合成纤维皮层熔融并与动物皮纤维形成物理粘结，有效解决了纯动物皮纤维再生革拉伸强度及撕裂强度差的缺点，同时芯部纤维均匀分散于再生革表皮中，起到骨架支撑作用，有利于车门板内饰表皮成型后更好地定型。
(2)将动物皮纤维再生革用于车门板内饰表皮，实现动物皮革废料的再利用并避免对环境污染，减少合成高分子材料的应用，节约大量石油等不可再生资源。
(3)真空吸塑成型过程中，在加热工位矩阵排列的加热单元可实现对成型表皮不同区域温度及加热速率的实时控制，有效避免预成型车门板再生革表皮在成型复杂时出现破损或褶皱的问题，并且可以增加车门板外观设计的宽容度。
(4)本发明涉及的真空吸塑设备，实现从再生革卷料的开卷铺展到车门板再生革内饰表皮的成型，该多工位一体化成型设备显著提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明所述车门板再生革内饰表皮真空吸塑成型装置示意图。
其中，A为再生革卷料铺展工位，B为精准控温加热工位、C为再生革固定与真空吸塑工位、D为再生革废料的回收工位。
其中，101.再生革卷料，102.PU膜卷料，103.温度控制系统，104.成型表皮模切刀，105.真空吸塑成型室，106.再生革废料，107.废料收卷机构，108.真空泵，109.抽真空管道，110.车门板表皮真空吸塑模具，111.鼓风管道，112.鼓风机，113.模具抽真空管道，114.加热单元，115.定位辊，116.输料导辊。
图2为加热工位的矩阵式排列的加热单元示意图。
其中，201.加热单元，202.加热套管。
图3为车门板内饰表皮成型模具示意图。
其中，301和302为车门板成型模具的成型部件，该模具按照一模两件的生产方式设计。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行进一步的阐述。下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：
(1)将4080纤维与牛皮纤维按一定比例均匀混合，其中4080纤维的质量分数为13％。然后将混合好的纤维梳理成网，再经7道水刺无纺工艺制得再生革101。制备好的再生革厚度保持在1.2mm。
(2)选择阳模真空吸塑成型，将(1)中所得再生革与预制花纹的厚0.5mm的PU膜卷料102在展料工位A同时开卷，并通过输送带传送到加热工位B。
(3)由图2所示矩阵式排列加热单元201对再生革片材和PU膜进行精准控温加热。温度调控通过温控程序103实现。将加热区整体温度上升到130℃，在局部变形量差异较大的区域调整温度范围为130±20℃。
(4)加热完成后的片材被输送到真空吸塑工位C，将片材的边缘固定，然后从真空成型室底部鼓入90℃的热空气，使预成型片材向上鼓起，形成一定的预拉伸变形量。
(5)预热后的阳模模具110上升，预成型片材与成型模具之间形成密封空间，抽真空后，在预成型片材的上、下空间形成一个大气压差，使得成型片材紧密贴附于成型模具表面。
(6)从装置上方对成型后的表皮进行鼓风冷却，实现已成型再生革表皮和成型模具的快速冷却。冷却时间约20s，冷却后的温度保持在30～40℃。
(7)车门板模切刀位于成型模具上方，待车门板内饰表皮冷却完成之后，切割刀具104降落，完成切割。随后将切割好的车门板表皮取下，成型废料向右移动至废料收卷工位D进行回收。
实施例2：
(1)将N720纤维与牛皮纤维按一定比例均匀混合，其中N720纤维的质量分数为15％。然后将混合好的纤维经气流成网六道针刺工艺制得再生革101。制备好的再生革厚度保持在1.2mm。
(2)选择阳模真空吸塑成型，将(1)中所得再生革与预制花纹的厚0.3mm的PU膜卷料102在展料工位A同时开卷，其中PU膜位于再生革的上方并通过输送带传送到加热工位B。
(3)由图2所示矩阵式排列加热单元对再生革预成型片材进行精准控温加热。每个加热单元均由6支加热套管202组成，温度调控均通过温控程序103实现。将加热区整体温度上升至140℃，在局部变形量差异较大的区域调整温度范围为140±20℃。
(4)加热完成后的预成型片材输送到真空吸塑工位C，将片材的边缘固定，然后从真空成型室顶部鼓入110℃的热空气，使预成型片材向下鼓起，形成一定的预拉伸变形量，同时保持预成型片材的温度。
(5)预热后阳模模具110上升，再生革复合片材与成型模具之间形成密封空间，抽真空后，在预成型片材的上、下空间形成一个大气压差，使得片材紧密贴附于成型模具表面，完成真空吸塑成型。在模具的成型面预先加工出皮纹图案，成型后皮纹覆于复合片材的表面。
(6)对成型后的再生革表皮上部进行鼓风冷却，实现已成型再生革表皮和成型模具的快速冷却。冷却后的温度保持在30～40℃。
(7)车门板内饰表皮模切刀位于成型模具上方，在车门板内饰表皮冷却完成之后，切割刀104降落，完成切割。随后将切割好的车门板表皮取下，成型废料向右移动至废料收卷工位D进行回收待集中处理。
实施例3：
(1)将4080纤维与牛皮纤维按一定比例均匀混合，其中4080纤维的质量分数为17％。将均匀混合的纤维通过气流成网，再经六道水刺工艺制得再生革101。
(2)选择阴模真空吸塑成型，将所得再生革片材复合一层热塑性PU薄膜102，PU薄膜厚度约0.5mm，位于再生革片材的下方，所述PU薄膜不需要预先加工花纹。将成卷的复合片材输送至展料工位A开卷，其中PU膜位于再生革的下方，并通过传送带输送到加热工位B。
(3)由矩阵式排列的加热单元201组成的加热工位实现预成型片材的精准控温加热。
(4)加热后的预成型片材被输送到真空吸塑成型工位C，并将片材边缘固定，从真空成型室底部鼓入热空气，使片材向上鼓起，形成一定的预拉伸变形量，并保持预成型片材的温度。
(5)镍质阴模模具110的成型面具有预加工的花纹图案。模具上升，复合片材与成型模具之间形成密封空间，经抽真空，在片材的上、下空间区域形成一个大气压差，预成型片材中的PU膜紧密贴附于具有花纹图案的阴模模具的型面，从而在PU膜上形成花纹图案。
(6)待真空吸塑成型过程结束之后，从已成型再生革表皮上部进行鼓风冷却，实现已成型再生革表皮与成型模具的快速冷却，冷却后的温度保持在30～40℃。
(7)车门板切割刀具位于成型模具上方，在车门板表皮冷却完成之后，切割刀降落，完成切割。随后将切割好的车门板表皮取下，成型废料向右移动并收卷。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种汽车车门板再生革表皮的真空吸塑成型工艺，其特征在于，包括：
在疏解好的动物皮纤维中掺混质量分数为8％～20％的皮芯结构的热塑性合成纤维，经无纺工艺制得动物皮纤维再生革；
将制备好的动物皮纤维再生革卷料与PU膜卷料进行开卷、铺展；
精准控温加热再生革和PU的片材；
对再生革和PU的片材边缘进行固定；
真空吸塑成型；
冷却，得成型的汽车车门板表皮；
对已成型汽车车门板表皮进行切割和废料收卷。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工艺的具体条件包括：
(1)展料：将再生革及PU膜卷料同时送入真空吸塑成型装置的展料工位，进行开卷，通过定位辊及输送带将两种材料送入加热工位；
(2)精准控温加热：对输送到加热工位的再生革及PU片材进行精准控温加热，使再生革及PU片材的不同区域具有不同的变形能力；加热区域由矩阵式排列的加热单元组成，每个加热单元均可实现单独温度控制；根据片材不同的变形量，设置合适的加热温度及升温速率；
(3)预成型片材的边缘固定：加热之后的片材被迅速输送到真空吸塑模具上方，在条状再生革的轴线方向给予一定的材料补偿，并将四边压紧固定，在密闭室中鼓入热空气，保持再生革在原加热工位达到的温度从而精确控制成型变形量，并且避免再生革和PU膜下垂而与设备和模具发生接触；
(4)真空吸塑成型：预热后的车门板表皮成型模具上升，停止通入热空气，在成型片材与成型模具之间形成密封空间，并迅速将模具与片材之间的密闭空间抽真空，借助片材两面的大气压差使其变形后覆于模具轮廓面上；
(5)已成型表皮与模具的冷却：汽车车门板再生革表皮成型结束后，从已成型表皮上方进行鼓风冷却；
(6)已成型车门板表皮的切割和废料收卷：待内饰表皮冷却到一定温度之后，位于模具上方的内饰表皮裁切刀具降落，完成车门板内饰表皮的裁切；取下车门板内饰表皮，剩余的废弃再生革在设备末端进行回收并集中处理。
3.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述PU膜厚度为0.3～0.5mm，控制所述再生革与PU膜复合后的总厚度小于2.0mm；
或所述皮芯结构热塑性合成纤维的皮层熔点比芯层熔点低，且皮层熔融温度为100～130℃，低于真空吸塑成型加热温度，而芯层材料熔融温度要高于真空吸塑成型温度；
或所述皮芯结构热塑性合成纤维为具有皮芯结构的4080纤维、N720型纤维、ES纤维；
或所述动物皮纤维的长度在30～60mm之间，所述皮芯结构热塑性合成纤维长度控制在50～80mm；
或所述动物皮纤维再生革的厚度为0.8～1.5mm。
4.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，根据后续成型模式为阴模成型或阳模成型，选择是否在步骤(1)所述PU膜的上表面预先压制花纹图案。
5.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，步骤(2)中所述加热单元由耐高温陶瓷材料组成，每个加热单元中均包含数根加热套管，套管内含加热电阻丝。
6.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述再生革与PU片材的平均加热温度保持在110～140℃，局部区域可根据变形量调控具体加热温度在100～160℃范围内。
7.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述鼓入热空气的温度为80～100℃，热空气鼓入的持续时间10～25s。
8.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，步骤(4)中，所述真空吸塑过程的真空度设置为-0.07～-0.1MPa，抽真空时间为15～30s；所述真空吸塑成型模具可选择阴模或阳模，模具的预热温度为70～80℃。
9.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，步骤(5)中，所述冷却降温速率保持在10～20℃/min，防止冷却过快内饰表皮起皱，内饰表皮降温至30～40℃。
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