CN107379726B - 塑料蜂窝夹芯板的封边方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种塑料蜂窝夹芯板的封边方法及装置，通过在产品轮廓之外设置封边区，在封边区内，用高温部件从边缘的上下表皮之间插入，熔化去除蜂窝并软化上下表皮，然后上下表皮向中间翻折，实现产品的封边。这种封边方式，产品的边缘丰满、挺实，增加了产品的边缘强度，解决了PPHC材料边缘封闭的难题，会推动PPHC在备胎盖板上的应用。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体地讲是一种塑料蜂窝夹芯板的封边方法。
背景技术
蜂窝夹芯结构因为中空结构而具有重量轻、强度高的特点，在汽车备胎盖板上具有广泛的应用。
常见的蜂窝夹芯备胎盖板有两种材质，一种是PHC板（Paper HoneyComb的缩写，聚氨酯喷涂工艺），芯材为蜂窝纸，表皮为玻纤增强聚氨酯泡沫，另一种是塑料蜂窝夹芯板，表皮是玻纤增强塑料，芯材为塑料蜂窝。塑料蜂窝夹芯板中，比较典型的是PP蜂窝夹芯板，简称PPHC板（PolyPropylene HoneyComb的缩写，干法工艺），芯材为PP蜂窝，表皮为玻纤增强PP。
PPHC盖板具有材料可回收利用、设备成本低、生产效率高的优点，而且具有更好的防水性和气味性，所以越来越受到主机厂的青睐。
但是，PPHC板材一般是通过连续复合设备压制而成，切割后的边缘如图1所示，边缘直接暴露出中间的蜂窝芯，强度低，手感不好。
一种常用的技术是热料冷模封边。板材加热后，用冷却的模具来压制成型，并把边缘挤断，同时实现板材的成型和边缘的封闭。但是，上下表皮中含有玻纤，强度很高，中间的塑料蜂窝芯强度较差，所以在模具挤切时，表皮不容易弯折，还容易把中间的蜂窝芯压瘪，导致产品的边缘如图2所示，边缘非常尖锐，不丰满，外观较差。
另外，也有采用冷料热模的工艺，板材的边缘被模具加热，表皮软化甚至熔化，在模具的作用下压瘪蜂窝芯而粘接在一起。因为是在模具内加热，所以表皮的软化程度更好一些，边缘理应更丰满一些。但是，由于在模具打开时，材料仍然是热的，所以上下表皮容易再次张开，导致边缘封闭失效。
总之，塑料蜂窝夹芯板的边缘封闭仍然是业内的技术难题。
相对来讲，PHC盖板直接以蜂窝纸、玻纤毡和聚氨酯料为原材料，采用聚氨酯喷涂工艺，在模具内发泡直接做出封边的基板，边缘被聚氨酯泡沫所封闭，产品边缘如图3所示，要比PPHC好得多。
在消费者对汽车内饰质量要求越来越高的趋势下，早日解决PPHC板的封边问题，是改善PPHC盖板外观质量的迫切要求，也是塑料蜂窝夹芯板材取得更广泛应用的关键。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种塑料蜂窝夹芯板的封边方法。
本发明的技术方案是，塑料蜂窝夹芯板的封边方法包括下列步骤：1）按照产品形状切割具有玻纤增强塑料表皮和塑料蜂窝芯的塑料蜂窝夹芯板材，在产品的轮廓之外留出封边区；2）从塑料蜂窝夹芯板材的侧面边缘上下表皮之间插入厚度与塑料蜂窝芯相对应的高温部件，插入深度与封边区的宽度相对应；3）高温部件撤出后，上下表皮向中间翻折。
一种优选方案，封边区的宽度为板材厚度的0.3-2倍，高温部件撤出后，上下表皮同时向中间翻折。
一种优选方案，封边区的宽度为板材厚度0.3-2倍，高温部件撤出后，上下表皮先后向中间翻折。
一种优选方案，高温部件为温度高于塑料蜂窝芯的熔化温度50℃以上的金属块。
一种优选方案，高温部件，与芯材接触的一面在厚度方向上具有内凹型结构。
一种优选方案，塑料蜂窝夹芯板材的表面还带有面饰材料。
实现上述方法的装置，包含板材定位和固定机构、从板材的四周向中间运动以便从板材的芯材层进行加热并撤回的加热机构、从板材上面向下运动和从板材下面向上运动翻折表皮的翻折机构。
前述方法生产的带有封边结构的塑料蜂窝夹芯板，塑料蜂窝芯的尺寸与产品一致，玻纤增强塑料表皮的尺寸大于塑料蜂窝芯，边缘具有向下翻折的上表皮和边缘向上翻折的下表皮，边缘的翻折表皮形成塑料蜂窝夹芯板的封边。
一种优选方案，向下翻折的上表皮和向上翻折的下表皮在塑料蜂窝夹芯板边缘厚度1/2处相接。
一种优选方案，向下翻折的上表皮和向上翻折的下表皮在塑料蜂窝夹芯板的边缘重叠成两层。
采用本发明的技术方案，在产品轮廓之外留出封边区，采用高温部件熔去封边区内多余的塑料蜂窝，产生用于封边的表皮，翻折并冷却后完成产品的封边。上下表皮在包边区蜂窝烧熔过程中软化，使表皮的翻折更容易，不会压垮轮廓内的蜂窝，翻折后表皮与蜂窝的侧壁粘接在一起，形成丰满的强有力的含有玻纤的产品侧面边缘。高温部件从两层表皮的中间插入，表皮的内表面温度高到足以与蜂窝侧壁粘接，而表皮的外表面的外观没有明显变化，特别上表皮的外表面上带有面饰材料时，相对于传统的热料冷模和冷料热模，这种优势是非常明显的。总体而言，这种方案的优点是边缘丰满、侧壁强度高、表皮的外表面不会因加热而受损，这在传统的热料冷模和冷料热模工艺中是难以实现的。
上下表皮同时向中间翻折，并在厚度1/2处相接，使板材的上下边缘都具有圆滑而丰满的封边结构。封边区宽度小于板材厚度的0.5倍的情况下，虽然侧面没有完全被表皮所封闭，强度较高的表皮已经形成了翻折结构，具有较高的强度，使产品的封边在形状和强度上有保障。在封边区超过板材厚度的0.5倍的情况下，上下表皮会在板材边缘厚度的中间部位相遇并产生余料，可以通过余料去除工序除去多余的材料。
芯材溶化后上下表皮先后向中间翻折，对于封边区宽度小于板材厚度0.5倍的情况，和上下表皮同时翻折没有太大区别。对于封边区宽度大于板材厚度0.5倍的情况，边缘可形成两层玻纤增强表皮材料的重叠，可以大大增加产品的边缘强度。上下两面的封边区宽度可以不同，先翻折的一面【小于板材厚度的1倍】表皮翻折后形成内层表皮，后翻折的一面表皮翻折后形成外层表皮。由于没有上下两层表皮同时翻折而导致的两层表皮相遇而在产品厚度1/2位置产生的余料，如果后翻折的表皮宽度没有超过板材厚度的一倍，则可望取消余料去除的工序。如果后翻折的表皮宽度超过了板材厚度的一倍，需要在产品的一个表面进行余料去除工序。由于余料去除在产品的一个表面进行，操作相对容易，甚至可通过手工切割操作实现。
高温部件的温度虽然超过塑料蜂窝芯的熔化温度50℃以上，只要控制好高温部件的插入深度、速度和停留时间，仍然可以保证封边区的蜂窝被熔化，产品轮廓内的蜂窝仍然完好无损。高温部件位于上下表皮之间，表皮的内表面受热，所以即使温度偏高，只要时间控制得当，也不会出现表皮外观受损的情况。相反，如果采用传统的冷料热模和热料冷模工艺，都是从外向内加热，为了避免表皮外观受损，只能采用较低的温度以及较长的加热时间。如果热模的温度超过表皮的塑料材料的熔点，就容易产生粘模。热料冷模的工艺中，材料过热也会出现蜂窝熔化塌陷的情况。本申请这种由里而外的加热方式，大大提高了加热的效率和精度而且不会造成表皮的外观损伤。
熔化芯材的高温部件，与芯材接触的一面在厚度方向上具有内凹型结构，使剩余的蜂窝芯具有中间略鼓的结构，产品的上下边缘具有一定的倒角效果，造型更加美观。
对于具有面饰材料的塑料蜂窝夹芯板材，完成封边后，不需要后面再进行面饰材料的包边，可减少产品的生产工序，这在传统的热料冷模和冷料热模工艺中是不可能实现的。热料冷模工艺中，面饰材料会影响板材的加热，而且面饰材料在加热后再受挤压，外观明显变化。冷料热模中，面饰材料受到更高温度的加热，外观影响更大。
实现上述方案的装置，板材定位机构确定了板材的位置，板材固定装置确保塑料蜂窝夹芯板在加热机构推进、撤出以及翻折机构动作过程中不会发生移动，从而确保加热和翻折的位置固定，加热机构熔化多余的塑料蜂窝芯，翻折机构推动上下表皮翻折，形成带有封边的塑料蜂窝夹芯板。
传统的方案中，塑料蜂窝芯和表皮的尺寸是基本一致的，本申请的方案中，蜂窝芯的尺寸和产品一致，而表皮的尺寸大于蜂窝芯，所以有足够的表皮翻折后粘贴在塑料蜂窝芯的侧面，形成丰满的封边结构。
上下表皮在蜂窝夹芯板边缘厚度的1/2处相遇的方案，使板材的上下表面都消除了飞边，产生圆润的上下边缘，改善了产品的视觉效果。
上下表皮在塑料蜂窝夹芯板的边缘重叠成两层的方案，大大加强了板材的边缘强度，改善了受力过程中的薄弱环节，提高了产品的性能指标。
附图说明
图1未封边的塑料蜂窝夹芯板示剖面意图；
图2 传统热料冷模工艺封边的塑料蜂窝夹芯板剖面示意图；
图3 PHC工艺产品的封边状态剖面示意图；
图4 封边区轮廓示意图；
图5 本申请的一种封边工艺剖面示意图；
图6 本申请的一种封边工艺剖面示意图；
图7 本申请的一种封边工艺剖面示意图；
图8 本申请的一种封边工艺剖面示意图；
图9 本申请的一种封边工艺剖面示意图；
图10本申请的一种封边工艺剖面示意图；
图11本申请的一种封边状态剖面示意图；
图12本申请的一种封边状态剖面示意图；
图13本申请的一种封边状态剖面示意图；
图14本申请的一种封边状态剖面示意图；
图15本申请的一种封边状态剖面示意图；
图16本申请的一种封边状态剖面示意图；
图17本申请的一种封边状态剖面示意图；
图18本申请的一种封边状态剖面示意图。
具体实施方式
为了更好地理解与实施，下面结合图和实施例详细说明本发明；所举实施例仅用于解释本发明，并非用于限制本发明的范围。
最新的备胎盖板很多采用PPHC蜂窝夹芯板，属于塑料蜂窝夹芯材料。
产品厚度一般为10-20mm，下面按照15mm举例，形状一般有三条直边和一条形状复杂的曲线边，简便起见下面按照五边形为例，正面覆盖450g/㎡的针刺起绒面饰材料，高端车型的备胎盖板要求边缘封边，而且边缘要挺实丰满。
针对这种要求，按照图4所示准备带有封边区的塑料蜂窝夹芯板材，封边区的宽度也就是表皮的翻折宽度，可以上下表皮翻折宽度相同，如图5、6、8，也可以上下表皮翻折宽度不同，如图7，表皮的翻折宽度最小可以略小于板材厚度的一半，最大可超过板材的厚度，超过板材厚度的部分，即使采用上下表皮依次翻折的方式，最后也是作为余料被清除掉，如果采用上下表皮同时翻折的方式，则超过板材厚度一半的部分都会被作为余料切除，所以封边区宽度超过板材厚度太多则没有意义，最大不超过板材厚度的两倍。
如果上下表皮的翻折宽度都不超过板材厚度的一半，可上下表皮同时翻折，而边缘不会有余料，如图10、11、17、18。当上下表皮的翻折宽度都超过板材厚度的一半，再进行上下表皮同时翻折的操作，会在板材厚度的1/2处产生余料，如图9、12，需要手工或通过设备去除余料。当上下表皮依次翻折时，先翻折的表皮宽度要小于板材厚度【否则影响后续的翻折操作】，若后翻折的表皮宽度不大于板材厚度，如图13、15，则不会产生余料，若后翻折的表皮宽度大于板材厚度，如图14、16，则会产生高于板材表面的余料，需要手工或通过设备去除余料。
本申请的方案，不但可用于普通板材的封边，对于已经贴合面饰材料的板材，也可进行包边操作，从而减少面料贴合及包边的工序。当然，对于已经贴合面饰材料的板材，既可以采用上下表皮同时翻折的方案，也可以采用上下表皮依次翻折的方案，只不过，依次翻折的时候，有面饰材料的一侧要最后翻折。有的板材背面也有面饰材料，不过背面的面饰材料克重略低，面层的面饰材料一般不低于300g/㎡，背面的面饰材料一般不超过100g/㎡。
用于熔化蜂窝芯并软化上下表皮的高温部件，与蜂窝芯接触的一面设置成内凹型结构，如图8所示，可使蜂窝芯的边缘具有上下两面倒角，上下表皮向中间翻折后，板材的上下边缘也具有倒角，改善产品的外观。这种倒角结构，既适合不带面饰材料的板材，如图17，也适合带有面饰材料的板材，甚至上下两个表皮都带有面饰材料的板材，如图18。
对于高温部件与蜂窝接触的表面具有内凹造型的方案，实现表皮翻折的翻折机构，可以具有倒角造型，如图10，也可以翻折机构上不带倒角，通过材料的拉伸来实现，如图9。
实施例1
首先准备上下表皮为玻纤增强PP，中间为PP蜂窝的塑料蜂窝夹芯板材，裁切到图4所示的实线范围。虚线为产品轮廓，实线为板材轮廓，实线和虚线之间的区域为产品封边区。封边区的宽度设定为7mm。
板材在工装上定位并固定之后，在板材的侧面插入厚度为13mm温度为220℃的高温部件，高温部件插入到位之后，如图5所示，产品轮廓之外的蜂窝全部被熔化，上下表皮也被软化。
高温部件撤出后，上下翻折机构同时动作，上下表皮被粘接在PP蜂窝的侧面，上下表皮的翻折宽度相加没有达到板材厚度，所以不会产生多余的废料。得到边缘如图6所示的封边良好的基板，可进行后续的面饰材料贴合操作。
实施例2
首先准备上下表皮为玻纤增强PP，中间为PP蜂窝的塑料蜂窝夹芯板材，裁切到图4所示的实线范围。虚线为产品轮廓，实线为板材轮廓，实线和虚线之间的区域为产品封边区。封边区的宽度设定为20mm。
板材在工装上定位并固定之后，在板材的侧面插入厚度为13mm温度为300℃的高温部件，高温部件插入到位之后，如图7所示，产品轮廓之外的蜂窝全部被熔化，上下表皮也被软化。
高温部件撤出后，上下翻折机构同时动作，上下表皮被粘接在PP蜂窝的侧面，并且多余的废料在产品边缘厚度的1/2处形成余料，如图8所示，可手工或通过设备去除余料，进行后续的面饰材料贴合操作。
实施例3
首先准备上下表皮为玻纤增强PP，中间为PP蜂窝的塑料蜂窝夹芯板材，裁切到图4所示的实线范围。虚线为产品轮廓，实线为板材轮廓，实线和虚线之间的区域为产品封边区。封边区的宽度为14mm。
板材在工装上定位并固定之后，在板材的侧面插入厚度为13mm温度为300℃的高温部件，高温部件插入到位之后，如图7所示，产品轮廓之外的蜂窝全部被熔化，上下表皮也被软化。
高温部件撤出后，下表皮翻折机构动作，把下表皮粘贴到塑料蜂窝的侧壁；然后上表皮翻折机构动作，把上表皮粘贴到侧面的下表皮上，产品如图9所示。表皮翻折宽度不超过板材厚度，所以没有超出板材平面的余料，直接得到封边良好的基板，可进行后续的面饰材料贴合操作。
实施例4
首先准备上下表皮为玻纤增强PP，中间为PP蜂窝的塑料蜂窝夹芯板材，裁切到图4所示的实线范围。虚线为产品轮廓，实线为板材轮廓，实线和虚线之间的区域为产品封边区。上下表皮的封边区宽度不同，上表皮封边区的宽度为20mm，下表皮封边区的宽度为13mm。
板材在工装上定位并固定之后，在板材的侧面插入厚度为13mm温度为300℃的高温部件，高温部件插入到位之后，如图7所示，产品轮廓之外的蜂窝全部被熔化，上下表皮也被软化。
高温部件撤出后，下表皮翻折机构动作，把下表皮粘贴到塑料蜂窝的侧壁；然后上表皮翻折机构动作，把上表皮粘贴到侧面的下表皮上。如图10所示，由于上表皮的翻折宽度大于板材厚度，所以上表皮多余的部分超出下表面，可手工或通过设备去除余料，进行后续的面饰材料贴合操作。
实施例5
在前面的实施例1-4中，板材都只有上下表皮和中间的PP蜂窝。其实本发明的方案还适合上表皮之上带有面饰材料的方案，以及下表皮之下也有面饰材料的方案。上下表皮可以同时带有面饰材料，本实施例中仅列举上表皮之上带有针刺起绒面饰材料的方案，对于同时或者仅仅背面带有背层无纺布的方案也是适用的。
首先准备带有针刺起绒面饰材料的塑料蜂窝夹芯板材，上表皮为玻纤增强PP，并带有针刺起绒面饰材料，下表皮为玻纤增强PP，中间为PP蜂窝。裁切到图4所示的实线范围。虚线为产品轮廓，实线为板材轮廓，实线和虚线之间的区域为产品封边区。封边区的宽度可以上下表皮同为13mm，也可不同，比如上表皮为20mm，下表皮为13mm。
板材在工装上定位并固定之后，在板材的侧面插入厚度为13mm温度为320℃的高温部件，高温部件插入到位之后，产品轮廓之外的蜂窝全部被熔化，上下表皮也被软化。
高温部件撤出后的操作如实施例2-4所述，可以上下表皮翻折机构同时动作，也可先进行下表皮的翻折，再进行上表皮的翻折，表皮翻折后没有余料的实施例3可不进行余料去除操作，表皮翻折后有余料的2、4方案可通过手工或设备去除余料，最后都得到实现封边和面料包覆的产品。
这里的面饰材料在板材还是平面的时候完成贴合，通过封边操作完成边缘的包覆，比做出基板再包覆更简单高效。
实施例6
在前述的实施例1-5方案中，没有特别强调高温部件与蜂窝芯所接触的一面的形状。默认的形状是平面，其实也可以是曲面，比如图8所示的内凹造型。高温部件靠近上表皮和下表皮的部位向前突出，所以蜂窝芯被高温部件烧熔之后，相当于上下表面都产生了倒角结构，可改善翻折后的产品外观。
高温部件的这种端面造型，针对封边区的宽度差异，可以采用图9所示的宽边翻折后去除余料的方式和图10所示的窄边直接翻折不用去除余料的方式，得到图17所示的封边效果。如果采用上下表面都带有面饰材料的板材，可得到如图18所示的封边效果，从而同时实现了面饰材料的包边。
实现本发明技术方案的装置，首先包含板材定位和固定机构，在高度方向上限定板材，以便后续的高温部件恰好位于上下表皮之间；在平面位置上限定板材，以便高温部件运行到位后，恰好熔化包边区的塑料蜂窝芯，而保留产品轮廓范围内的蜂窝芯。板材的定位，可以借助板材的外轮廓，也可以借助板材背面的减薄区域。减薄区域主要是为了安装把手、拉绳、挂钩、转轴等部件而在产品上形成的凹陷。板材的固定，可以依靠背面的吸附也可以借助板材上下设置挤压机构。
其次是加热机构，包含高温部件和动作部件。高温部件实现塑料蜂窝的烧熔和玻纤增强塑料表皮的软化，该部件与塑料蜂窝直接接触并侵入到板材内部熔化掉封边区内的蜂窝，与塑料表皮保持一个安全的距离，避免高温部件完全熔化玻纤增强的塑料表皮，影响产品的外观。高温部件推进过程中，与高温部件接触的塑料蜂窝不断被熔化，并被挤压到未熔化区域，这些熔化后的塑料蜂窝在表皮翻折过程中可增加表皮与塑料蜂窝的粘接力。高温部件的厚度与塑料蜂窝的厚度相对应，略小于塑料蜂窝的厚度，以确保高温部件推进过程中不会把上下表皮熔化，上下表皮仅仅是内表面软化甚至熔化，以及熔化的蜂窝材料部分残留在上下表皮上，外表皮仅仅是软化状态，所以不影响表皮的外观，特别是表皮之上还带有面饰材料的时候，面饰材料不会因为该加热过程而受损。
在高温部件前后移动的过程中，定位机构必须保持板材位置不变，否则后续的翻转机构动作时就不能恰好在产品轮廓处进行，导致封边失败。
翻转机构在材料充分软化之后，只要在产品的轮廓之外推动上下表皮向中间翻折即可，如图9所示。对于加热机构的高温部件与蜂窝接触的一面具有内凹造型而且上下表皮的翻折宽度不到板材厚度的1/2的情况，翻转机构最好倒角造型，以便倒角部位的表皮可以与已经在加热过程中完成倒角的塑料蜂窝密切接触，确保该部位的外观质量。
Claims (10)
1.塑料蜂窝夹芯板的封边方法，其特征在于包含下列步骤：1)按照产品形状切割具有上下玻纤增强塑料表皮和塑料蜂窝芯的塑料蜂窝夹芯板材，在产品的轮廓之外留出封边区，上下玻纤增强塑料表皮和塑料蜂窝芯的尺寸相同；2)从塑料蜂窝夹芯板材的侧面边缘上下玻纤增强塑料表皮之间插入厚度与塑料蜂窝芯相对应的高温部件，插入深度与封边区的宽度相对应，熔去多余的塑料蜂窝，产生用于封边的玻纤增强塑料表皮；3)高温部件撤出后，上下玻纤增强塑料表皮向中间翻折。
2.如权利要求1所述的塑料蜂窝夹芯板的封边方法，其特征在于，所述的封边区的宽度为板材厚度的0.3-2倍，高温部件撤出后，上下玻纤增强塑料表皮同时向中间翻折。
3.如权利要求1所述的塑料蜂窝夹芯板的封边方法，其特征在于，所述的封边区的宽度为板材厚度0.3-2倍，高温部件撤出后，上下玻纤增强塑料表皮先后向中间翻折。
4.如权利要求1所述的塑料蜂窝夹芯板的封边方法，其特征在于，所述的高温部件为温度高于塑料蜂窝芯的熔化温度50℃以上的金属块。
5.如权利要求1所述的塑料蜂窝夹芯板的封边方法，其特征在于，所述的高温部件与芯材接触的一面在厚度方向上具有内凹型结构。
6.如权利要求1所述的塑料蜂窝夹芯板的封边方法，其特征在于，所述的塑料蜂窝夹芯板材的表面还带有面饰材料。
7.用于实现权利要求1所述的塑料蜂窝夹芯板的封边方法的装置，其特征在于，包含板材定位和固定机构、从板材的四周向中间运动以便从板材夹芯层加热板材并撤回的加热机构、从板材上面向下运动和从板材下面向上运动以翻折玻纤增强塑料表皮的翻折机构。
8.采用如权利要求1所述的塑料蜂窝夹芯板的封边方法生产的封边的塑料蜂窝夹芯板，其特征在于，塑料蜂窝芯的尺寸与产品一致，玻纤增强塑料表皮的尺寸大于塑料蜂窝芯，具有边缘向下翻折的上玻纤增强塑料表皮和边缘向上翻折的下玻纤增强塑料表皮，边缘的翻折玻纤增强塑料表皮形成玻纤增强塑料的封边。
9.如权利要求8所述的封边的塑料蜂窝夹芯板，其特征在于，向下翻折的上玻纤增强塑料表皮和向上翻折的下玻纤增强塑料表皮在塑料蜂窝夹芯板边缘厚度1/2处相接。
10.如权利要求8所述的封边的塑料蜂窝夹芯板，其特征在于，向下翻折的上玻纤增强塑料表皮和向上翻折的下玻纤增强塑料表皮在塑料蜂窝夹芯板的边缘重叠成两层。
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