CN112852053B - 一种抗冲击强的汽车前保险杠及其注塑工艺 - Google Patents

一种抗冲击强的汽车前保险杠及其注塑工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及汽车保险杠生产技术领域，公开了一种抗冲击强的汽车前保险杠及其注塑工艺，该前保险杠的注塑工艺如下：将聚丙烯材料、复合矿物材料、聚硼二甲基硅氧烷、拉胀材料、抗冲击增稠胶、增塑剂和纳米材料依次放入混炼机内进行均匀混合，混合完成后，通过注塑机将向模具内注塑；注塑完成后，将模具冷却至适当温度后，开模，取下产品，即可。本发明在现有前保险杠注塑所用的聚丙烯材料基础上，加入了复合矿物材料、纳米材料和抗冲击增稠胶材料，不仅提高了前保险杠的表面光泽性，而且增强汽车前保险杠的抗冲击吸能效果，使得前保险杠的防护性能优越，抗冲击性更强。

Description

一种抗冲击强的汽车前保险杠及其注塑工艺
技术领域
本发明涉及汽车保险杠生产技术领域，具体是一种抗冲击强的汽车前保险杠及其注塑工艺。
背景技术
汽车前后端装有保险杠，不仅有装饰功能，更重要是吸收和缓和外界冲击力、防护车身保护车身及乘员安全功能的安全装置，保险杠具有安全保护、装饰车辆以及改善车辆的空气动力学特性等作用，随着汽车工业的发展和工程塑料在汽车工业的大量应用，目前汽车前后保险杠除了保持原有的保护功能外，还要追求与车体造型的和谐与统一，追求本身的轻量化，轿车的前后保险杠都是塑料制成的，人们称为塑料保险杠，塑料保险杠使用的塑料，大体上使用聚酯系和聚丙烯系两种材料。
但是就目前市场汽车保险杠的原材料主要为聚酯系和聚丙烯系两种材料，此种材料虽使得保险杠具有回弹性和防护性，但是其抗冲击能力以及在受到撞击时的吸能效果较差，多数在事故发生保险杠受到撞击时，直接造成保险杠变形或者断裂，从而危害到乘车人员的安全。因此，本领域技术人员提供了一种抗冲击强的汽车前保险杠及其注塑工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗冲击强的汽车前保险杠及其注塑工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种抗冲击强的汽车前保险杠及其注塑工艺，该汽车前保险杠的原材料按重量份组分为：聚丙烯材料60-100份、复合矿物材料30-40份、聚硼二甲基硅氧烷15-30份、拉胀材料10-20份、抗冲击增稠胶20-40份、增塑剂5-10份、纳米材料10-15份；
该前保险杠的注塑工艺为以下步骤：
S1、将聚丙烯材料、复合矿物材料、聚硼二甲基硅氧烷、拉胀材料、抗冲击增稠胶、增塑剂和纳米材料依次放入混炼机内进行均匀混合，混炼机的温度控制在290-300℃，待原料混合完成后，放入注塑机的料筒内保温备用，保温温度在260-290℃；
S2、清洁前保险杠的注塑模具，并于注塑模具的两侧以及中部设立分别设立注塑口，然后连接注塑机，连接完成后，对注塑模具内进行加热升温，温度升至80-100℃后，通过注塑机将原料向模具内注塑；
S3、注塑机注射过程中，采用速度控制和压力控制，速度控制分为四个档位，压力控制范围在80-120bar，三个注塑口同步注塑，注射过程中，根据需求选取四个档位中的的一个挡速进行注射；
S4、注塑过程中，将料筒温度分为五个区域，中间温度最高，两边递减，且注塑过程中，确保料筒温度的恒温；
S5、注塑完成后，将模具冷却至适当温度后，开模，取下产品，即可制得抗冲击强的汽车前保险杠。
作为本发明进一步的方案：所述S3中注射速度的四个档位分别为：第一个档位：30-40mm/s，第二个档位：35-50mm/s，第三个档位：20-40mm/s，第四个档位：15-30mm/s。
作为本发明再进一步的方案：所述S4中五个区域的料筒温度分为：喷嘴段：215-240℃、前段：225-240℃、中端：230-240℃、后段：210-240℃、下料口：180-200℃。
作为本发明再进一步的方案：所述S3中若所需注射压力不超过设定的注射压力时，注射速度继续按照设定档位进行，若所需压力高于设定压力值时，注射速度由速度控制转为压力控制，将注射压力进行调节至压力范围值，而且注射速度公差范围在正负5％，防止产品表面有气泡或者致密度下降。
作为本发明再进一步的方案：所述注塑机的注射时间为8-15s，保压时间为6-12s。
作为本发明再进一步的方案：所述复合矿物材料按重量份组分为：滑石粉30-40份、云母粉25-30份、沉淀硫酸钡15-25份、硅灰石粉18-22份、碳酸钙22-28份。
作为本发明再进一步的方案：所述复合矿物材料的制备方法为：将滑石粉、云母粉、沉淀硫酸钡、硅灰石粉、碳酸钙依次放入混料罐内，于40-50℃的恒温下，均匀搅拌20-40min，转速保持在1500-2000r/min，均匀搅拌后，即可得复合矿物材料。
作为本发明再进一步的方案：所述纳米材料为纳米二氧化钛和纳米二氧化硅混合而成，其中纳米二氧化钛和纳米二氧化硅所占比为2:1。
作为本发明再进一步的方案：所述抗冲击增稠胶的成分按重量份组分为：硼酸40-50 份、羟基硅油25-40份、二氧化硅20-25份和异丙醇15-20份，其中二氧化硅的粒径为800mm。
作为本发明再进一步的方案：所述抗冲击增稠胶的制备方法为：
A1、将一定量的硼酸放于加热罐中，于160℃的条件下加热2h，再加入适量的羟基硅油和二氧化硅，搅拌均匀后放入烘箱进行烘烤处理；
A2、烘烤2-4h后取出，待取出的产物冷却至合适的温度后，再加入一定量的异丙醇，混合均匀，完全冷却后，即可制得抗冲击增稠胶。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计的一种抗冲击强的汽车前保险杠及其注塑工艺，实际应用时，在现有前保险杠注塑所用的聚丙烯材料基础上，还加入了复合矿物材料，方便在提高聚丙烯材料硬度的同时，可赋予聚丙烯塑料表面高光泽度，配合纳米材料的加入，可以使得前保险杠的表面光泽性更好，而且聚硼二甲基硅氧烷和拉胀材料的应用，可以使得前保险杠在遭到冲击时，其内部的分子结构和它自身就会折叠起来，从而使前保险杠具有了超强的抗撞击效果，此外，加入的抗冲击增稠胶材料，可以进一步增强汽车前保险杠的抗冲击吸能效果，使得前保险杠的防护性能优越，抗冲击性更强。
附图说明
图1为一种抗冲击强的汽车前保险杠及其注塑工艺中抗冲击增稠胶的红外光谱图；
图2为一种抗冲击强的汽车前保险杠及其注塑工艺中抗冲击增稠胶聚合物的结构图；
图3为一种抗冲击强的汽车前保险杠及其注塑工艺中抗冲击增稠胶的分子链在不同拉伸或冲击速率下的表现形状；
图4为一种抗冲击强的汽车前保险杠及其注塑工艺中本发明和现有市场的前保险杠的低速抗冲击性能测试图；
图5为一种抗冲击强的汽车前保险杠及其注塑工艺中本发明和现有市场的前保险杠的低速抗冲击性能测试图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中，一种抗冲击强的汽车前保险杠的注塑工艺，该注塑工艺为以下步骤：
S1、将聚丙烯材料、复合矿物材料、聚硼二甲基硅氧烷、拉胀材料、抗冲击增稠胶、增塑剂和纳米材料依次放入混炼机内进行均匀混合，混炼机的温度控制在290-300℃，待原料混合完成后，放入注塑机的料筒内保温备用，保温温度在260-290℃；
S2、清洁前保险杠的注塑模具，并于注塑模具的两侧以及中部设立分别设立注塑口，然后连接注塑机，连接完成后，对注塑模具内进行加热升温，温度升至80-100℃后，通过注塑机将原料向模具内注塑；
S3、注塑机注射过程中，采用速度控制和压力控制，速度控制分为四个档位，压力控制范围在80-120bar，三个注塑口同步注塑，注射过程中，根据需求选取四个档位中的的一个挡速进行注射，进一步的，若所需注射压力不超过设定的注射压力时，注射速度继续按照设定档位进行，若所需压力高于设定压力值时，注射速度由速度控制转为压力控制，将注射压力进行调节至压力范围值，而且注射速度公差范围在正负5％，防止注塑的产品表面有气泡或者致密度下降，导致保险杠变形以及表面不光滑；
其中，注射速度的四个档位分别为：第一个档位：30-40mm/s，第二个档位：35-50mm/s，第三个档位：20-40mm/s，第四个档位：15-30mm/s；
S4、注塑过程中，将料筒温度分为五个区域，中间温度最高，两边递减，且注塑过程中，确保料筒温度的恒温，且注塑机的注射时间为8-15s，保压时间为6-12s；
其中，五个区域的料筒温度分为：喷嘴段：215-240℃、前段：225-240℃、中端：230-240℃、后段：210-240℃、下料口：180-200℃；期间，注塑模具的温度保持恒定，起表面温度控制在30℃；
S5、注塑完成后，将模具冷却至适当温度后，开模，取下产品，即可制得抗冲击强的汽车前保险杠；
本发明中，复合矿物材料的制备方法为：将滑石粉、云母粉、沉淀硫酸钡、硅灰石粉、碳酸钙依次放入混料罐内，于40-50℃的恒温下，均匀搅拌20-40min，转速保持在 1500-2000r/min，均匀搅拌后，即可得复合矿物材料；
抗冲击增稠胶的制备方法为：
A1、将一定量的硼酸放于加热罐中，于160℃的条件下加热2h，再加入适量的羟基硅油和二氧化硅，搅拌均匀后放入烘箱进行烘烤处理；
A2、烘烤2-4h后取出，待取出的产物冷却至合适的温度后，再加入一定量的异丙醇，混合均匀，完全冷却后，即可制得抗冲击增稠胶。
实施例1
本发明设计的一种抗冲击强的汽车前保险杠，该汽车前保险杠的原材料按重量份组分为：聚丙烯材料60份、复合矿物材料30份、聚硼二甲基硅氧烷15份、拉胀材料10份、抗冲击增稠胶20份、增塑剂5份、纳米材料10份；
复合矿物材料按重量份组分为：滑石粉30份、云母粉25份、沉淀硫酸钡15份、硅灰石粉18份、碳酸钙22份；
抗冲击增稠胶的成分按重量份组分为：硼酸40份、羟基硅油25份、二氧化硅20份和异丙醇15份，其中二氧化硅的粒径为800mm；
纳米材料为纳米二氧化钛和纳米二氧化硅混合而成，其中纳米二氧化钛和纳米二氧化硅所占比为2:1。
实施例2
本发明设计的一种抗冲击强的汽车前保险杠，该汽车前保险杠的原材料按重量份组分为：聚丙烯材料100份、复合矿物材料40份、聚硼二甲基硅氧烷30份、拉胀材料20份、抗冲击增稠胶40份、增塑剂10份、纳米材料15份；
复合矿物材料按重量份组分为：滑石粉40份、云母粉30份、沉淀硫酸钡25份、硅灰石粉22份、碳酸钙28份；
抗冲击增稠胶的成分按重量份组分为：硼酸50份、羟基硅油40份、二氧化硅25份和异丙醇20份，其中二氧化硅的粒径为800mm；
纳米材料为纳米二氧化钛和纳米二氧化硅混合而成，其中纳米二氧化钛和纳米二氧化硅所占比为2:1。
实施例3
本发明设计的一种抗冲击强的汽车前保险杠，该汽车前保险杠的原材料按重量份组分为：聚丙烯材料90份、复合矿物材料35份、聚硼二甲基硅氧烷20份、拉胀材料15份、抗冲击增稠胶30份、增塑剂8份、纳米材料12份；
复合矿物材料按重量份组分为：滑石粉35份、云母粉28份、沉淀硫酸钡20份、硅灰石粉20份、碳酸钙25份；
抗冲击增稠胶的成分按重量份组分为：硼酸45份、羟基硅油30份、二氧化硅22份和异丙醇18份，其中二氧化硅的粒径为800mm；
纳米材料为纳米二氧化钛和纳米二氧化硅混合而成，其中纳米二氧化钛和纳米二氧化硅所占比为2:1。
对比实施例1
选用市场汽车前保险杠及其注塑工艺。
实验测试一：对抗冲击增稠胶的性能测试；
①采用Nicolet Nexus 470型傅立叶红外光谱仪对抗冲击增稠胶进行红外光谱分析；
由图1可知，抗冲击增稠胶在波数4500～500cm-1内的红外测试结果；
其中，2958cm-1处的特征峰是CH3中的C—H的不对称伸缩振动产生的；
1335cm-1处是B—O键伸缩振动产生的吸收峰；
1261cm-1处是Si—CH3基团的强吸收峰，源于甲基的弯曲振动；
1024cm-1处是Si—O—Si键的伸缩振动产生的强吸收峰；
892cm-1和687cm-1处是Si—O—B键的特征吸收峰，证明B原子引入了—Si—O—的主链结构中；
2、由红外光谱图分析可知，制备的抗冲击增稠胶中含有Si—CH3、Si—O、B—O和Si—O-B结构，说明硼酸与羟基硅油顺利的发生了反应，当两者发生反应，B原子引入到硅氧烷主链中，可能生成以下三种结构，如图2所示；
②参照图3对于抗冲击增稠胶的抗冲击性能分析；
1、如图3c所示，抗冲击增稠胶的分子链在不同拉伸或冲击速率下的表现状态，O原子上有多余电子，B原子有空轨道，两者可以通过共用电子形成“B—O交联键”，该键是动态变化的，形成断裂是可逆的，性质上类似于氢键；
2、如图3a所示，在不受力的情况下，抗冲击增稠胶的分子链无规则的缠结在一起；
3、如图3b所示，当以较小的拉伸或冲击速率作用在抗冲击增稠胶上时，聚合物分子链可以顺畅地彼此滑动，有足够的时间解除缠结，“B—O交联键”有充分的时间断裂；
4、如图3d当以较大的拉伸或冲击速率作用在抗冲击增稠胶上时，聚合物分子链没有时间解除彼此之间的缠结，“B—O交联键”来不及断裂，缠结点和“B—O交联键”的存在都大大的阻碍了分子链的运动，在宏观上表现为剪切变硬，呈现出类固体性质。
实验二：对本发明的前保险杠的防护性能测试；
③通过SHLJ-LSIT-01型低速冲击测试仪对本发明的汽车前保险杠进行测试，主要测试指标包括：剩余冲击载荷、峰值持续时间和系统吸收能量等；
其中，剩余冲击载荷是指冲击平台内的压力传感器测得的经过前保险杠隔离后最大剩余的冲击力，在同种冲击条件下，剩余冲击载荷越小，表明冲击能量经过前保险杠的防护材料的隔离过滤后，所剩余的冲击力越小，说明前保险杠原材料的冲击防护性能越好；
而峰值持续时间主要指剩余载荷峰值持续时间，时间越短，说明防护对象受到的冲击能量越少，材料的冲击隔离防护性能越好；
系统吸收能量是指在低速冲击测试仪上，冲击头冲击试样时被消耗的冲击能量的总量，即系统吸收能量越多，作用在防护对象上的能量越少，材料的防护性能越好；
由此根据测试分析后，可以通过式以下公式计算得到：
Figure BDA0002868477590000081
其中，W吸能为系统吸收能量，k为冲击端头质量(该实验中k＝133.8g)，V1为冲击端头接触前保险杠前的瞬时速度，V2为冲击端头反弹离开前保险杠时的瞬时速度；
④将本发明生产的前保险杠与现有市场的前保险杠进行测试可知；
1、如图4所示，将本发明生产的前保险杠与现有市场的前保险杠进行测试可知，冲击速度越大，目标物受到的冲击力也越大，本发明的前保险杠与现有市场前保险杠的剩余冲击载荷曲线都呈现上升的趋势，且本发明的前保险杠的剩余冲击载荷曲线一直低于现有市场前保险杠的曲线，说明本发明的前保险杠的防护性能优于现有市场前保险杠，从而说明本发明原材料中加入的抗冲击材料对提高了前保险杠的防护性能；
2、如图5所示，随着冲击速度的逐渐增大，两条曲线之间的差距也逐渐增大，即速度越高，本发明的前保险杠的防护性能越好，说明本发明的前保险杠的原材料所吸收的能量越多，当冲击速度为4m/s时，本发明的前保险杠与现有市场前保险杠的剩余冲击载荷仅相差0.15kN左右，本发明的前保险杠比现有市场前保险杠的剩余载荷大约减少了14％；而当速度达到9m/s时，现有市场前保险杠的剩余载荷约为3.6kN，本发明的前保险杠的剩余载荷约为1.7kN左右，本发明的前保险杠比现有市场前保险杠的剩余载荷的减少量达到了53％，由此可以说明，在本测试中，冲击速度较小时，本发明前保险杠的原材料所起到的防护作用相对较小；冲击速度越大，起到的防护作用越好，吸收能量越多，抗冲击性越强；
3、针对本发明的前保险杠与现有市场注塑的前保险杠的力学性能参数对比，如下表所示：
冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>) 回弹性(％)
实施例1 98.35 54.2
实施例2 96.82 49.7
实施例3 99.75 52.4
对比实施例1 65.49 31.2
综上所述，本发明的前保险杠原材料在利用聚丙烯材料的基础上，还加入了复合矿物材料，在提高聚丙烯材料硬度的同时，可赋予聚丙烯塑料表面高光泽度，而且聚硼二甲基硅氧烷和拉胀材料的应用，可以使得前保险杠在遭到冲击时，其内部的分子结构和它自身就会折叠起来，从而使其具有了超强的抗撞击效果，此外，加入的抗冲击增稠胶材料，可以进一步增强汽车前保险杠的抗冲击吸能效果，使得前保险杠的防护性能优越，抗冲击性更强。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种抗冲击强的汽车前保险杠的注塑工艺，其特征在于，该汽车前保险杠的原材料按重量份组分为：聚丙烯材料60-100份、复合矿物材料30-40份、聚硼二甲基硅氧烷15-30份、拉胀材料10-20份、抗冲击增稠胶20-40份、增塑剂5-10份、纳米材料10-15份；
所述抗冲击增稠胶的成分按重量份组分为：硼酸40-50份、羟基硅油25-40份、二氧化硅20-25份和异丙醇15-20份，其中二氧化硅的粒径为800mm；
所述抗冲击增稠胶的制备方法为：
A1、将硼酸放于加热罐中，于160℃的条件下加热2h，再加入羟基硅油和二氧化硅，搅拌均匀后放入烘箱进行烘烤处理；
A2、烘烤2-4h后取出，待取出的产物冷却至合适的温度后，再加入异丙醇，混合均匀，完全冷却后，即可制得抗冲击增稠胶；
该前保险杠的注塑工艺为以下步骤：
S1、将聚丙烯材料、复合矿物材料、聚硼二甲基硅氧烷、拉胀材料、抗冲击增稠胶、增塑剂和纳米材料依次放入混炼机内进行均匀混合，混炼机的温度控制在290-300℃，待原料混合完成后，放入注塑机的料筒内保温备用，保温温度在260-290℃；
S2、清洁前保险杠的注塑模具，并于注塑模具的两侧以及中部设立分别设立注塑口，然后连接注塑机，连接完成后，对注塑模具内进行加热升温，温度升至80-100℃后，通过注塑机将原料向模具内注塑；
S3、注塑机注射过程中，采用速度控制和压力控制，速度控制分为四个档位，压力控制范围在80-120bar，三个注塑口同步注塑，注射过程中，根据需求选取四个档位中的一个挡速进行注射；
S4、注塑过程中，将料筒温度分为五个区域，中间温度最高，两边递减，且注塑过程中，确保料筒温度的恒温；
S5、注塑完成后，将模具冷却至适当温度后，开模，取下产品，即可制得抗冲击强的汽车前保险杠。
2.根据权利要求1所述的一种抗冲击强的汽车前保险杠的注塑工艺，其特征在于，所述S3中注射速度的四个档位分别为：第一个档位：30-40mm/s，第二个档位：35-50mm/s，第三个档位：20-40mm/s，第四个档位：15-30mm/s。
3.根据权利要求1所述的一种抗冲击强的汽车前保险杠的注塑工艺，其特征在于，所述S4中五个区域的料筒温度分为：喷嘴段：215-240℃、前段：225-240℃、中端：230-240℃、后段：210-240℃、下料口：180-200℃。
4.根据权利要求1所述的一种抗冲击强的汽车前保险杠的注塑工艺，其特征在于，所述S3中若所需注射压力不超过设定的注射压力时，注射速度继续按照设定档位进行，若所需压力高于设定压力值时，注射速度由速度控制转为压力控制，将注射压力进行调节至压力范围值，而且注射速度公差范围在正负5％，防止产品表面有气泡或者致密度下降。
5.根据权利要求1所述的一种抗冲击强的汽车前保险杠的注塑工艺，其特征在于，所述注塑机的注射时间为8-15s，保压时间为6-12s。
6.根据权利要求1所述的一种抗冲击强的汽车前保险杠的注塑工艺，其特征在于，所述复合矿物材料按重量份组分为：滑石粉30-40份、云母粉25-30份、沉淀硫酸钡15-25份、硅灰石粉18-22份、碳酸钙22-28份。
7.根据权利要求6所述的一种抗冲击强的汽车前保险杠的注塑工艺，其特征在于，所述复合矿物材料的制备方法为：将滑石粉、云母粉、沉淀硫酸钡、硅灰石粉、碳酸钙依次放入混料罐内，于40-50℃的恒温下，均匀搅拌20-40min，转速保持在1500-2000r/min，均匀搅拌后，即可得复合矿物材料。
8.根据权利要求1所述的一种抗冲击强的汽车前保险杠的注塑工艺，其特征在于，所述纳米材料为纳米二氧化钛和纳米二氧化硅混合而成，其中纳米二氧化钛和纳米二氧化硅所占比为2:1。
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