CN106079387A - 汽车柱饰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柱饰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、成网、经水刺或针刺无纺工艺，制得汽车柱饰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，实现汽车柱饰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柱饰板表皮。本发明的工艺方法简单、操作方便、实用性强。

Description

汽车柱饰板的再生革表皮的真空吸塑成型工艺及装置
技术领域
本发明涉及汽车内饰领域，特别涉及汽车柱饰板的再生革表皮的真空吸塑成型工艺及装置。
背景技术
汽车柱饰板作为汽车内部A、B、C柱的覆盖材料，主要起到车内装饰作用，如遮挡侧气帘、天窗流水管等，可以提升汽车内部空间的美观性；柱饰板表皮还应具有较好的手感，满足驾乘人员对舒适度的要求。
随着居民生活水平的提高，消费者对汽车内饰的美观及舒适性提出了更高的要求。柱饰板的制造根据工艺的不同分为注塑、注塑后包覆面料、注塑后表面植绒等。其中直接注塑成型工艺简单、成本低，但是手感和美观性差；注塑后包覆面料的工艺得到的柱饰板具有较好的表面质感，因而广泛应用于中高档轿车。目前，汽车柱饰板表皮即注塑件的包覆层主要采用聚氯乙烯(PVC)或聚氨酯(PU)类合成高分子材料，然而该类材料均依赖于石油等不可再生资源，并且难以实现废弃材料的回收利用。另外，在柱饰板表皮制造过程中，为提高制品的耐候性、抗老化性等性能，往往会添加一些增塑剂、抗氧剂等有机助剂，在轿车长期使用过程中，上述有机组分和助剂不断迁出，对驾乘人员的健康造成威胁。
天然皮革以其透气性好、表面纹路自然、强度高、质感奢华等特点，深受人们喜爱。但因价格昂贵，其作为汽车内饰表皮仅应用于高端车型。动物皮纤维再生革是通过非织造工艺生产的弹性片材，制造工艺简单环保，且充分利用皮革边角料，有利于环境保护。较真皮制品，动物皮纤维再生革价格低廉，且兼具真皮的透气性、弹韧性和奢华质感，在汽车内饰件领域有极大的应用潜力。
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柱饰板表皮；且其热塑性合成纤维用量大，降低了绿色环保的效果。
为了得到质感优异的表皮制品，并保证柱饰板表皮与骨架复合的精准度，本专利采用真空吸塑成型工艺生产柱饰板表皮。采用该工艺制得的柱饰板表皮形状与尺寸规整，且具有较高的表面质量。单一组分的动物皮纤维再生革是具有一定孔隙率的片材，虽然美观且具有优异的质感，但很难满足内饰表皮对拉伸及撕裂强度的要求，并且采用传统真空吸塑成型工艺势必会造成柱饰板表皮的变形不均匀、拉伸破裂、表面褶皱等问题。
发明内容
针对以上问题，本发明提出一种汽车柱饰板的再生革表皮的真空吸塑成型工艺及装置。针对动物皮纤维再生革在真空吸塑过程中出现的变形不均匀、破裂、褶皱等问题，提出了一种可实现精准控温加热的真空吸塑成型装置。该装置中，整个加热区域是由诸多尺寸相同的加热单元组成的，加热单元按照矩阵形式排列，每个加热单元均由内含加热套管的耐高温陶瓷材料构成，通过单独的加热程序实现点对点温度控制。在成型过程中，根据预成型再生革不同位置的变形量，实现了对应区域加热温度和加热速率的精确控制，有效避免再生革在成型过程中出现局部破损或者成型后内饰表皮表面光洁度不均匀的情况。
为了提高动物皮纤维再生革的拉伸及撕裂强度，本发明采用具有皮芯结构的热塑性合成纤维与动物皮纤维进行复配，通过真空吸塑前的预加热使热塑性合成纤维的皮层熔融，与动物皮纤维实现较好的物理粘结，有效提升了再生革的拉伸及撕裂强度。考虑到柱饰板表皮在行车发生危险时还需配合侧气帘的弹出(侧气帘即头部气囊通常安装在挡风玻璃两侧钢梁即A柱的内侧)以保护乘客人身安全，因此柱饰板表皮在具有优异的质感和弹性的同时还必须具有适当的强度，才能在行车发生危险时柱饰板表皮在激光预割的部位破裂从而保证侧气帘的有效弹出。因此，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的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，获得的柱饰板表皮能够满足上述两方面的要求。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种汽车柱饰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，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，得成型的汽车柱饰板表皮；
对已成型汽车柱饰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要求，在安全气囊爆破过程中，其碎片可能对驾乘人员造成伤害；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)将再生革卷料及PU膜卷料送入真空吸塑成型装置的展料工位，同时开卷，通过定位辊及传送带将再生革及PU片材输送到加热工位；
(2)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控温；加热过程中预先根据柱饰板不同区域变形量的差异，设置合适的加热温度及升温速率；
(3)加热之后的再生革及PU片材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，将四边压紧固定，在密闭室中鼓入热空气，使片材形成一定的预变形量；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)预热后的柱饰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，借助片材两面的一个大气压差使其变形后覆于模具轮廓面上；
(5)汽车柱饰板的再生革表皮成型结束后，从成型表皮的上方鼓风冷却，待内饰表皮及模具冷却到一定温度之后，位于模具上方的内饰表皮切割刀具降落，完成柱饰板表皮的裁切；
(6)取下柱饰板表皮，剩余的废弃再生革在设备末端回收并集中处理。
优选的，步骤(1)中，所述PU膜厚度为0.3～0.5mm，控制再生革与PU膜复合后的总厚度小于2.0mm。
优选的，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。
优选的，步骤(1)中，所述PU膜的热熔温度应稍高于真空吸塑成型加热温度。
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℃，则难以实现柱饰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℃，动物皮纤维容易老化，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柱饰板表皮的变形复杂程度，变形量小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)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℃。
优选的，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℃。
优选的，所述再生革采用如下方法制备：将一定比例皮芯结构的热塑性合成纤维和动物皮纤维均匀混合、成网，并通过针刺或水刺无纺工艺，制得汽车柱饰板用掺混皮芯型热塑性合成纤维的动物皮纤维再生革。
其中，所述热塑性合成纤维的皮层熔融温度要低于真空吸塑成型的加热温度，所述热塑性合成纤维的芯部熔融温度要高于真空吸塑成型的加热温度。
优选的，所述皮层熔点温度为70～130℃；
优选的，上述成网方式为气流成网。梳理成网所得再生革卷材沿梳理方向与垂直梳理方向力学强度不一致，经测，沿梳理方向的撕裂强度约33.49kN/m，而垂直梳理方向的撕裂强度仅17.57kN/m。而采用气流成网所得再生革的各个方向力学性能均一。
优选的，所述再生革厚度为0.8～1.5mm。
优选的，所述动物皮纤维的长度为30～60mm，皮芯结构热塑性合成纤维长度为50～80mm。较长的皮芯结构的热塑性合成纤维能赋予产品良好的拉伸和撕裂强度及定型性。
优选的，所述动物皮纤维为牛皮纤维、羊皮纤维或猪皮纤维；
优选的，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型纤维或ES纤维。
本发明还提供了一种汽车柱饰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)将动物皮纤维再生革用于汽车柱饰板表皮，实现动物皮革废料的再利用，并避免对环境污染；在保证内饰表皮优异的表面质量及手感的同时，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。
(2)掺混一定比例的皮芯结构的热塑性合成纤维制备的再生革，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，有利于柱饰板表皮的成型性能。
(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，并且可以增加汽车柱饰板外观设计的宽容度。
(4)该发明的真空吸塑设备，实现从再生革卷料的开卷铺展到柱饰板再生革表皮的成型，该多工位一体化成型设备极大地提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明所述柱饰板再生革表皮的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成型工位，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.柱饰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为柱饰板表皮成型模具示意图。
其中，301.B柱柱饰板表皮成型模具，302.带三角窗的A柱柱饰板表皮成型模具，该模具按照一模四件的生产方式设计。
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10％。然后将混合好的纤维梳理成网，经7道水刺无纺工艺制得再生革卷料101。制备好的再生革表皮厚度保持在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进行开卷，经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对再生革复合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，温度通过温控系统103实现精准控制。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)加热完成后的再生革与PU片材输送到真空吸塑工位C，将片材的边缘固定，然后从真空成型室底部鼓入80℃的热空气，使再生革与PU片材向上鼓起，形成一定的预拉伸变形量，并保持之前的加热温度。
(5)预热后的阳模模具110上升，再生革与PU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)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)柱饰板模切刀104位于成型模具上方，待柱饰板表皮冷却完成之后，切割刀具104降落，完成切割。随后将切割好的内饰表皮取下，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2：
(1)将N720纤维与猪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，经水刺无纺工艺制得再生革表皮101。制备好的再生革表皮厚度保持在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图案的厚0.3mm的PU膜102经展料工位A同时开卷，其中PU膜位于再生革的上方。经输送带将片材传送到加热工位B。
(3)由图2所示矩阵式排列加热单元对再生革复合片材进行精准控温加热。每个加热单元201均由6支加热套管202组成，温度控制通过温控系统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)加热完成后的再生革与PU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，使片材向上鼓起，形成一定的预拉伸变形量。
(5)将已成型好的并预喷胶的柱饰板骨架置于成型模具上部，阳模模具110上升，成型室内停止通入热空气。并将柱饰板骨架和片材间的密闭空间抽真空，预成型片材的上、下空间区域形成一个大气压差，再生革和PU片材紧密贴附于已成型柱饰板骨架表面。其中，再生革和已成型且预喷胶的柱饰板骨架直接接触，实现粘结；PU膜和再生革直接接触并粘结。
(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、柱饰板骨架和模具的快速冷却。冷却后的温度保持在30～40℃。
(7)柱饰板模切刀104位于成型模具上方，待柱饰板表皮冷却完成之后，切割刀104降落，完成切割。随后将切割好的柱饰板表皮取下，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。
(2)选择阴模真空吸塑成型工艺方法，将所得再生革片材预先复合一层热塑性PU膜，PU薄膜厚度约0.5mm，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。
(3)由矩阵式排列的加热单元组成的加热工位实现预成型片材的精准控温加热。
(4)加热后的再生革与PU片材被输送到真空吸塑成型工位，并将片材边缘固定，从真空成型室底部鼓入热空气，使片材鼓起，形成一定的预拉伸变形量，并保持成型片材的温度。
(5)镍质阴模模具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，复合片材中的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)柱饰板表皮切割刀具位于成型模具上方，在柱饰板表皮冷却完成之后，切割刀降落，完成切割。随后将切割好的柱饰板表皮取下，成型废料向右移动至废料收卷工位进行回收待集中处理。
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 (10)

1.一种汽车柱饰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；
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，得成型的汽车柱饰板表皮；
对已成型汽车柱饰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)将动物皮纤维再生革卷料及PU膜卷料送入真空吸塑成型装置的展料工位，同时开卷，通过定位辊及传送带将再生革及PU片材输送到加热工位；
(2)对输送到加热工位的再生革及PU片材进行精准控温加热，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控温；加热过程中预先根据柱饰板不同区域变形量的差异，设置合适的加热温度及升温速率；使再生革及PU片材的不同区域具有不同的变形能力；
(3)加热之后的再生革及PU片材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，将四边压紧固定，在密闭室中鼓入热空气，使片材形成一定的预变形量；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)预热后的柱饰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，借助片材两面的一个大气压差使其变形后覆于模具轮廓面上；
(5)汽车柱饰板的再生革表皮成型结束后，从成型表皮的上方鼓风冷却，待内饰表皮及模具冷却到一定温度之后，位于模具上方的内饰表皮切割刀具降落，完成柱饰板表皮的裁切；
(6)取下柱饰板表皮，剩余的废弃再生革在设备末端回收并集中处理。
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。
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PU膜的热熔温度应稍高于真空吸塑成型加热温度。
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约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℃。
10.一种汽车柱饰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，其特征在于，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。
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