CN113172843A - 一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺 - Google Patents

一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺，该成型工艺包括以下步骤：(1)利用改性热塑性弹性体粒子注塑成型为仪表板软触表皮；(2)将仪表板骨架与仪表板软触表皮分别上料至发泡成型模具；(3)发泡成型模具合模，并浇筑PU发泡料形成PU发泡层；(4)发泡成型模具开模后成型零件，下模取件，将产品熟化即得。本发明通过改性热塑性弹性体注塑粒子在注塑模具内完成，缩短开发周期、缩短成型周期，提高生产效率，加工环境无污染，环保性能优。

Description

一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺
技术领域
本发明属于材料成型工艺技术领域，具体涉及一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺。
背景技术
为了提升汽车内饰软触感知质量，常见的软触工艺有阴模吸覆、阳模吸覆、包覆、搪塑、喷塑等，当前用在仪表板上体上常见为阴模吸覆和搪塑。阴模吸覆仪表板软触工艺流程为：原材料片材自带背泡表皮加热→骨架上料→真空吸覆成型形状和纹理→骨架和表皮真空复合→冷却→脱模→成型零件，骨架在上阴模吸覆模具之前需要进行火焰处理和喷胶，片材表皮一般为光面TP0加背泡在真空吸覆成型工序成型纹理，在真空复合工序实现表皮和骨架的粘合。
搪塑工艺仪表板软触工艺流程为：原材料粉末状→表皮加热搪塑成型和纹理→骨架/表皮上料→发泡模具合模→注PU发泡料→开模→成型零件。表皮在原材料粉末状成型和纹理过程中经过10道工序：①加料、②搪塑模预热、③合粉箱、④锁紧合粉箱、⑤模具上粉、⑥箱粉分离、⑦塑化、⑧冷却、⑨剥离表皮、⑩最后模具复位，搪塑表皮的材料主要是PVC、TPU和PU等粉末状，骨架在上料之前和阴模吸覆工艺一样需要进行火焰处理改性。
然而，上述两种仪表板软触工艺存在如下问题：(1)开发周期长，整个开发周期最少需要5.5个月；(2)一次性投入设备和模具成本高，阴模吸覆设备约500万，搪塑约1000万；(3)搪塑PVC搪塑粉末状材料性能不环保、气味不好、不可回收；(4)搪塑成型周期长，满工位需要110秒，生产效率低；(5)阴模吸覆在成型过程中需要喷胶，产品的气味也不好；(6)阴模吸覆成型由于形状、纹理和粘合在一道工序成型，节拍一般在120秒，生产效率低。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺，本发明通过改性热塑性弹性体注塑粒子在注塑模具内完成，缩短开发周期、缩短成型周期，提高生产效率，加工环境无污染，环保性能优。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺，用于制备仪表板，所述仪表板包括仪表板骨架、仪表板软触表皮以及位于所述仪表板骨架与仪表板软触表皮之间的PU发泡层，该成型工艺包括以下步骤：
(1)利用改性热塑性弹性体粒子注塑成型为仪表板软触表皮；
(2)将仪表板骨架与仪表板软触表皮分别上料至发泡成型模具；
(3)发泡成型模具合模，并浇筑PU发泡料形成PU发泡层；
(4)发泡成型模具开模后成型零件，下模取件，将产品熟化即得。
进一步地，步骤(1)所述仪表板软触表皮的纹理由注塑模具型腔自带的纹理通过薄壁注塑一次成型制得。其中，纹理通过药水腐蚀、激光雕刻或药水腐蚀和激光雕刻混合使用来处理形成，薄壁注塑模具的定模，根据纹理的复杂程度选择不同的纹理成型方式，产品的形状和纹理都是通过薄壁注塑一次成型出来，软触表皮成型后不需要做任何外观表面处理，整个注塑成型表皮的周期一般在60～80S，提高生产效率和节拍。
进一步地，步骤(1)带纹理的仪表板软触表皮的厚度为0.8～1.3mm。
进一步地，步骤(1)所述改性热塑性弹性体为TPS类热塑性弹性体，包括以下重量百分比含量的组分：聚丙烯20-30％；SEBS(氢化苯乙烯-丁二烯嵌段)60-70％；受阻酚类抗氧剂0.2-0.5％；受阻胺类光稳定剂0.2-0.4％；二苯甲酮类紫外线吸收剂0.2-0.3％；硅油2-5％；分散剂乙撑双硬脂酰胺0.3-0.5％；炭黑1-2％。
进一步地，步骤(1)所述改性热塑性弹性体为TPV类热塑性弹性体，包括以下重量百分比含量的组分：聚丙烯20-30％；EPDM(三元乙丙橡胶)60-70％；受阻酚类抗氧剂0.2-0.5％；受阻胺类光稳定剂0.1-0.3％；二苯甲酮类紫外线吸收剂0.1-0.3％；分散润滑剂硬脂酸钙0.5-0.1％；炭黑1-2％。
进一步地，步骤(1)所述改性热塑性弹性体为TPEE类热塑性弹性体，包括以下重量百分比含量的组分：PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)20-25％；TPEE(热塑性聚酯弹性体)20-25％；PA12(尼龙12)15-20％；EPDM(三元乙丙橡胶)20-25％；EPDM-g-MAH(马来酸酐接枝三元乙丙橡胶)3-5％；受阻酚类抗氧剂0.2-0.5％；受阻胺类光稳定剂0.1-0.3％；苯并三唑类紫外线吸收剂0.1-0.3％；分散润滑剂(季戊四醇硬脂酸酯)0.5-1％；炭黑1-2％。
本发明改性的热塑性弹性体包括TPS、TPO、TPU、TPVC、TPEE等，相比于普通的热塑性弹性体改性热塑性弹性体用于仪表板主要提升提供材料性能如下：
熔体流动速率＞145g/10min；
邵A硬度70～75HA；
拉伸强度＞7MPa；
断裂伸长率＞250％；
耐磨性能：500g重力，60r/min，1000次，允许光泽变化，无擦伤和纹理损失；
极性：达因值大于45。
进一步地，所述PU发泡层为极性PU发泡层料，以实现更好的软触体验，步骤(2)对非极性材料的仪表板骨架和仪表板软触表皮进行改性处理，使所述仪表板骨架和仪表板软触表皮分别与所述极性PU发泡层料相接触的表面处理为极性。
对于TPS(苯乙烯类TPE)和TPV注塑成型的仪表板软触表皮，为非极性材料，为便于为下一道工序PU发泡料极性材料的粘附力，需要进行火焰处理或喷环保的底涂材料来改变仪表板软触表皮非外观面的材料极性使此非外观面的材料性质由非极性材料表面更改为极性表面，而聚酯类TPE(TPEE类)是不需要的，因为材料本身就是极性材料，不需要进行表皮处理就能满足于PU发泡料极性材料的粘附力。
骨架(PP类)为非极性也需要进行火焰处理或环保底涂处理，如果骨架(PC或ABS类材料)自身就是极性的，不需要进行改性处理，根据材料的极性确认好材料极性后将产品放置在发泡模具内，骨架放置在发泡模具上模。
进一步地，步骤(2)将仪表板软触表皮上料至发泡成型模具的定模，并通过真空吸覆将仪表板软触表皮平铺完整均匀的固定在型面上，并使产品于定位型面贴合，仪表板软触表皮大面与发泡下模贴合无拱起。
进一步地，步骤(3)所述PU发泡料包括A料(多元醇)、B料(异氰酸酯)的质量比为100:58～100：65之间，以保证仪表板软触工艺仪表板总成的硬度在LX-A的邵氏硬度55A～75A之间，若比例过低会产生会发泡层出现空泡，比例过高会使产品的软触质感降低。
一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺，所述发泡成型模具的成型条件为：
发泡成型模具结构上采用氮气缸和扣机结构完成脱模驱动，并进行前模取件，以解决表皮的分模线外露问题；
由于仪表板软触表皮贴合在定模上且材料成型后可存在和模具皮纹面过粘连，为解决产品粘模导至取件困难，模具型腔上设制了气顶或气销装置来松动产品，便于手工或机械手限件；
模具温度定模应不同的材料温度设置在20℃～80℃，动模也需要结合不同的材料将模具温度设置接入温度20℃～60℃，模具温度设置主要是保证高熔指材料在模具型腔内流动速率，且通过材料流动速度和材料冷却时长可以有效的控制薄壁注塑仪表板软触表皮波浪纹问题；
发泡成型模具开模后下模取件，将产品检查后挂置在悬挂线上进行熟化，经过2～4小时熟化后材料进行仪表板的组装。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明环保高效低成本仪表板软触成型工艺，在成型特征和纹理体现过程只经过利用改性热塑性弹性体粒子注塑一道工序，缩短了搪塑或阴模吸覆制造过程时间，由原先的至少110S缩短到60S，提升生产效率至50％。
2、本发明环保高效低成本仪表板软触成型工艺采用薄壁注塑，定模取件，薄壁注塑模具开发周期区别于搪塑和阴模吸覆的表皮成型和纹理形成，开发周期有原先的5.5个月减少至3～4个月，缩短了仪表板模具开发的长周期的关键路径工艺，对整车车型开发给出了巨大的贡献。
3、本发明采用改性的热塑性弹性体的材料，这种改性的热塑性弹性体包括TPS、TPO、TPU、TPVC、TPEE等，相比于普通的热塑性弹性体，改性热塑性弹性体提升了提供材料的流动性即融指，邵A硬度、拉伸强度、断裂伸长率、耐磨性能和极性，只有在这些性能都有所提高的情况下，才能满足软触表皮在仪表板阳光直射区域的应用。
4、本发明采用的改性热塑性弹性体的材料，材料自身特性确定它的环保性能优于搪塑常用材料PVC、阴模吸覆在喷胶后的气味和环保性能，且热塑性弹性体的材料自身性能的特性是可以回收利用的。
基于本发明环保高效低成本仪表板软触成型工艺的以上优点，缩短了开发时间，提升生产效率、减少一次性模具及设备的投入，降低了仪表板软触工艺的门槛，拓展了仪表板软触工艺的市场，成本相比普通的搪塑和阴模吸覆减低至少5％～30％。
附图说明
图1为本发明环保高效低成本仪表板软触成型工艺流程；
图2为环保高效低成本仪表板分层图；
图3为本发明环保高效低成本仪表板软触成型工艺的成型模具示意图；
图4为本发明环保高效低成本仪表板软触成型工艺的开模取件流程。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺，用于制备仪表板，如图2，仪表板包括仪表板骨架、仪表板软触表皮以及位于所述仪表板骨架与仪表板软触表皮之间的PU发泡层，该成型工艺包括以下步骤，具体流程如图1。
(1)利用改性热塑性弹性体粒子注塑成型为仪表板软触表皮，仪表板软触表皮的纹理由注塑模具型腔自带的纹理通过薄壁注塑一次成型制得，整个注塑成型表皮的周期一般在60～80S，带纹理的仪表板软触表皮的厚度为0.8～1.3mm。
(2)将仪表板骨架与仪表板软触表皮分别上料至发泡成型模具；
(3)发泡成型模具合模，并浇筑PU发泡料形成PU发泡层；
(4)发泡成型模具开模后成型零件，下模取件，将产品熟化即得。
步骤(1)中改性热塑性弹性体为TPS类热塑性弹性体、TPV类热塑性弹性体或TPEE类热塑性弹性体。
改性热塑性弹性体为TPS类热塑性弹性体，包括以下重量百分比含量的组分：聚丙烯20-30％；SEBS(氢化苯乙烯-丁二烯嵌段)60-70％；受阻酚类抗氧剂0.2-0.5％；受阻胺类光稳定剂0.2-0.4％；二苯甲酮类紫外线吸收剂0.2-0.3％；硅油2-5％；分散剂乙撑双硬脂酰胺0.3-0.5％；炭黑1-2％。
改性热塑性弹性体为TPV类热塑性弹性体，包括以下重量百分比含量的组分：聚丙烯20-30％；EPDM(三元乙丙橡胶)60-70％；受阻酚类抗氧剂0.2-0.5％；受阻胺类光稳定剂0.1-0.3％；二苯甲酮类紫外线吸收剂0.1-0.3％；分散润滑剂硬脂酸钙0.5-0.1％；炭黑1-2％。
改性热塑性弹性体为TPEE类热塑性弹性体，包括以下重量百分比含量的组分：PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)20-25％；TPEE(热塑性聚酯弹性体)20-25％；PA12(尼龙12)15-20％；EPDM(三元乙丙橡胶)20-25％；EPDM-g-MAH(马来酸酐接枝三元乙丙橡胶)3-5％；受阻酚类受阻酚类抗氧剂0.2-0.5％；受阻胺类光稳定剂0.1-0.3％；苯并三唑类紫外线吸收剂0.1-0.3％；分散润滑剂(季戊四醇硬脂酸酯)0.5-1％；炭黑1-2％。
PU发泡层为极性PU发泡层料，以实现更好的软触体验，步骤(2)对非极性材料的仪表板骨架和仪表板软触表皮进行改性处理，使所述仪表板骨架和仪表板软触表皮分别与所述极性PU发泡层料相接触的表面处理为极性。
对于TPS(苯乙烯类TPE)和TPV注塑成型的仪表板软触表皮，为非极性材料，需要进行火焰处理或喷环保的底涂材料来改变仪表板软触表皮非外观面的材料极性，使此非外观面的材料性质由非极性材料表面更改为极性表面，而聚酯类TPE(TPEE类)不需要的。骨架(PP类)为非极性也需要进行火焰处理或环保底涂处理，如果骨架(PC或ABS类材料)自身就是极性的，不需要进行改性处理。
步骤(2)将仪表板软触表皮上料至发泡成型模具的定模，并通过真空吸覆将仪表板软触表皮平铺完整均匀的固定在型面上，并使产品于定位型面贴合，仪表板软触表皮大面与发泡下模贴合无拱起。
步骤(3)PU发泡料包括A料(多元醇)、B料(异氰酸酯)的质量比为100:58～100：65之间，以保证仪表板软触工艺仪表板总成的硬度在LX-A的邵氏硬度55A～75A之间，若比例过低会产生会发泡层出现空泡，比例过高会使产品的软触质感降低。
为解决表皮的分模线外露，模具设计开模取件如图3、4，分型结构并前模取件来规避问题，结构上采用氮气缸和扣机结构完成脱模驱动。
由于仪表板软触表皮为定模取件所以此造型外观面可以和搪塑一样成型倒扣，但此模具斜顶不能呈现小于65角的尖钢结构，否则在仪表板软触表皮外观面会呈现顶块线，降低客户外观质量感知体验。
由于仪表板软触表皮贴合在定模上且材料成型后可存在和模具皮纹面过粘连，为解决产品粘模导至取件困难，模具型腔上设制了气顶或气销装置来松动产品，便于手工或机械手限件。
模具温度定模应不同的材料温度设置在20℃～80℃，动模也需要结合不同的材料将模具温度设置接入温度20℃～60℃，模具温度设置主要是保证高熔指材料在模具型腔内流动速率，且通过材料流动速度和材料冷却时长可以有效的控制薄壁注塑仪表板软触表皮波浪纹问题。
以下结合具体应用示例对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例中改性热塑性弹性体为TPS类热塑性弹性体，包括以下重量百分比含量的组分：聚丙烯29％；SEBS(氢化苯乙烯-丁二烯嵌段)65％；受阻酚类抗氧剂0.5％；受阻胺类光稳定剂0.3％；二苯甲酮类紫外线吸收剂0.2％；硅油2.5％；分散剂乙撑双硬脂酰胺0.5％；炭黑2％，注塑成型为仪表板软触表皮厚度设计厚度为1.0mm，产品注塑成型后为1.3mm。
PU发泡料A料(多元醇)、B料(异氰酸酯)的质量比为100:60，仪表板软触工艺仪表板总成的硬度在LX-A的邵氏硬度68A。
经测定，仪表板软触表皮的性能如下：
测试标准GB/T 3682.1-2018(测试条件为230℃、2.16kg负荷)，熔体流动速率：200g/10min；
测试标准GB/T 531.1-2008，邵A硬度：73HA；
测试标准GB/T 528-2009(测试速度500mm/min)，拉伸强度：4.83MPa；
测试标准GB/T 528-2009(测试速度500mm/min)，断裂伸长率：620％；
测试标准GB/T 2726-2005，耐磨耗：负载500g，速度60r/min，摩擦次数1000转，测试后无擦伤和纹理损失；
极性：达因笔38测试满足要求。
实施例2
本实施例中改性热塑性弹性体为TPV类热塑性弹性体，包括以下重量百分比含量的组分：聚丙烯26.5％；EPDM(三元乙丙橡胶)70％；受阻酚类抗氧剂0.5％；受阻胺类光稳定剂0.3％；二苯甲酮类紫外线吸收剂0.2％；分散润滑剂硬脂酸钙0.5％；炭黑2％。注塑成型为仪表板软触表皮厚度设计厚度为1.0mm，产品注塑成型后为1.2mm。
PU发泡料A料(多元醇)、B料(异氰酸酯)的质量比为100：60，仪表板软触工艺仪表板总成的硬度在LX-A的邵氏硬度65A。
测试标准GB/T 3682.1-2018(测试条件为230℃、2.16kg负荷)，熔体流动速率：250g/10min；
测试标准GB/T 531.1-2008，邵A硬度：75HA；
测试标准GB/T 528-2009(测试速度500mm/min)，拉伸强度：5.07MPa；
测试标准GB/T 528-2009(测试速度500mm/min)，断裂伸长率：253％；
测试标准GB/T 2726-2005，耐磨耗：负载500g，速度60r/min，摩擦次数1000转，测试后无擦伤和纹理损失；
极性：达因笔38测试满足要求。
实施例3
本实施例中改性热塑性弹性体为TPEE类热塑性弹性体，包括以下重量百分比含量的组分：PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)25％；TPEE(热塑性聚酯弹性体)25％；PA12(尼龙12)20％；EPDM(三元乙丙橡胶)22.5％；EPDM-g-MAH(马来酸酐接枝三元乙丙橡胶)4％；受阻酚类受阻酚类抗氧剂0.5％；受阻胺类光稳定剂0.3％；苯并三唑类紫外线吸收剂0.2％；分散润滑剂(季戊四醇硬脂酸酯)0.5％；炭黑2％。注塑成型为仪表板软触表皮厚度设计厚度为1.0mm，产品注塑成型后为1.1mm。
PU发泡料A料(多元醇)、B料(异氰酸酯)的质量比为100:60，仪表板软触工艺仪表板总成的硬度在LX-A的邵氏硬度72A。
经测试，仪表板软触表皮的性能如下：
测试标准GB/T 3682.1-2018(测试条件为210℃、2.16kg负荷)，熔体流动速率：145g/10min；
测试标准GB/T 531.1-2008，邵A硬度：76HA；
测试标准GB/T 528-2009(测试速度500mm/min)，拉伸强度：3.83MPa；
测试标准GB/T 528-2009(测试速度500mm/min)，断裂伸长率：560％；
测试标准GB/T 2726-2005，耐磨耗：负载500g，速度60r/min，摩擦次数1000转，测试后无擦伤和纹理损失；
极性：达因笔38测试满足要求。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺，用于制备仪表板，所述仪表板包括仪表板骨架、仪表板软触表皮以及位于所述仪表板骨架与仪表板软触表皮之间的PU发泡层，其特征在于，该成型工艺包括以下步骤：
(1)利用改性热塑性弹性体粒子注塑成型为仪表板软触表皮；
(2)将仪表板骨架与仪表板软触表皮分别上料至发泡成型模具；
(3)发泡成型模具合模，并浇筑PU发泡料形成PU发泡层；
(4)发泡成型模具开模后成型零件，下模取件，将产品熟化即得。
2.根据权利要求1所述的一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺，其特征在于，步骤(1)所述仪表板软触表皮的纹理由注塑模具型腔自带的纹理通过薄壁注塑一次成型制得。
3.根据权利要求2所述的一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺，其特征在于，步骤(1)带纹理的仪表板软触表皮的厚度为0.8～1.2mm。
4.根据权利要求1所述的一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺，其特征在于，步骤(1)所述改性热塑性弹性体为TPS类热塑性弹性体，包括以下重量百分比含量的组分：聚丙烯20-30％；氢化苯乙烯-丁二烯嵌段60-70％；受阻酚类抗氧剂0.2-0.5％；受阻胺类光稳定剂0.2-0.4％；二苯甲酮类紫外线吸收剂0.2-0.3％；硅油2-5％；乙撑双硬脂酰胺0.3-0.5％；炭黑1-2％。
5.根据权利要求1所述的一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺，其特征在于，步骤(1)所述改性热塑性弹性体为TPV类热塑性弹性体，包括以下重量百分比含量的组分：聚丙烯20-30％；三元乙丙橡胶60-70％；受阻酚类抗氧剂0.2-0.5％；受阻胺类光稳定剂0.1-0.3％；二苯甲酮类紫外线吸收剂0.1-0.3％；硬脂酸钙0.5-0.1％；炭黑1-2％。
6.根据权利要求1所述的一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺，其特征在于，步骤(1)所述改性热塑性弹性体为TPEE类热塑性弹性体，包括以下重量百分比含量的组分：聚对苯二甲酸丁二醇酯20-25％；热塑性聚酯弹性体20-25％；尼龙1215-20％；三元乙丙橡胶20-25％；马来酸酐接枝三元乙丙橡胶3-5％；受阻酚类抗氧剂0.2-0.5％；受阻胺类光稳定剂0.1-0.3％；苯并三唑类紫外线吸收剂0.1-0.3％；季戊四醇硬脂酸酯0.5-1％；炭黑1-2％。
7.根据权利要求1所述的一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺，其特征在于，所述PU发泡层为极性PU发泡层料，步骤(2)对非极性材料的仪表板骨架和仪表板软触表皮进行改性处理，使所述仪表板骨架和仪表板软触表皮分别与所述极性PU发泡层料相接触的表面处理为极性。
8.根据权利要求1所述的一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺，其特征在于，步骤(2)将仪表板软触表皮上料至发泡成型模具的定模，并通过真空吸覆将仪表板软触表皮平铺完整均匀的固定在型面上，并使产品于定位型面贴合，仪表板软触表皮大面与发泡下模贴合无拱起。
9.根据权利要求1所述的一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺，其特征在于，步骤(3)所述PU发泡料包括A料(多元醇)、B料(异氰酸酯)的质量比为100:58～100：65之间。
10.根据权利要求1所述的一种环保高效低成本仪表板软触成型工艺，其特征在于，所述发泡成型模具的成型条件为：
发泡成型模具结构上采用氮气缸和扣机结构完成脱模驱动，并进行前模取件；
发泡成型模具的型腔上设制气顶或气销装置；
发泡成型模具的定模温度设置在20℃～80℃，动模温度设置接入温度20℃～60℃；
发泡成型模具开模后下模取件，将产品检查后挂置在悬挂线上进行熟化，经过2～4小时熟化后材料进行仪表板的组装。
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