挤出技术在汽车工业的应用

贝尔斯托夫挤出技术在汽车工业的应用汽车工业一直是贝尔斯托夫公司重要的终端用户领域，贝尔斯托夫诸多的加工设备和加工技术为汽车塑料部件的加工带来了众多的解决方案。轻量化、舒适化、节能化是世界汽车工业发展的最新趋势，这一趋势加速了汽车的塑料化进程。同时，汽车的塑料化也对塑料材料、加工设备和加工工艺提出了更高的要求。顺应汽车市场的这一最新变化，德国贝尔斯托夫公司开发了一系列新的挤出加工技术，并使其在汽车制造的相关行业中得到了广泛应用。改性材料的加工技术绝大部分的汽车部件是不能直接用基础树脂来加工的，而需要对基础树脂进行改性。常用的改性加工手段包括：合金化，比如PC/ABS合金；增强改性，比如PA或PBT与玻纤共混增强；填充改性，比如PP和CaCO3或滑石粉的填充改性。贝尔斯托夫公司的ZEBasic系列双螺杆挤出机就是为满足这一类的改性加工应用而开发的。ZEBasic系列包含了25～77mm的各类机型，客户可根据工艺要求，选择600～1200r/min的不同螺杆转速，实现从3kg/h到2700kg/h的不同产能要求。ZEBasic系列双螺杆挤出机（如图1所示）的最大特点是，在满足加工工艺和效率要求的前提下，可最大程度地对设备进行优化，通过采取标准化组件的设计理念，使设备在保持先进加工性能的同时，显著降低造价，缩短交货周期。对于某些材料，通常需要高比例的填充改性，其填充剂的比例一般大于50%，而且填充剂本身往往是粒径很小、堆积密度很低的材料。对此，挤出机的自由容积就成为改性工艺的制约因素。为解决这一问题，贝尔斯托夫公司推出了ZEUTX/UT-R型双螺杆挤出设备，其中，R型设备的螺槽深度比为1.74，从而将设备对扭矩和容积的综合要求很好地结合起来（如图2所示）。在ZEUTX/UT-R型设备上进行PP的填充改性，填充比率可以达到80%。另外，贝尔斯托夫的ZEUTX-A型双螺杆挤出设备可用于加工TPO或TPV这类汽车常用材料。TPO由于无需硫化，因此要求设备较短，长径比可以在30以下。而TPV由于牵涉到动态硫化问题，因此一般要求设备的长径比在52以上。通常，加工TPV时需要克服3个工艺要点：EPDM的喂料、分配和分散、动态硫化。为了解决“EPDM胶料需要经切粒后才能被喂入双螺杆机中”的繁琐流程问题，贝尔斯托夫开发了一种可以将EPDM胶片或胶条直接喂入双螺杆挤出机的喂料系统。这种由一台单螺杆橡胶挤出机和齿轮泵构成的系统可以将胶条或胶片转化成熔体，由齿轮泵精密计量后喂入双螺杆挤出机，同时这套装置对于优化材料的分散和分配也有很大的帮助（如图3所示）。为了改善分配/分散以及动态硫化等问题，贝尔斯托夫开发了一种新型的剪切拉伸螺纹元件，这种螺纹元件可与传统的输送螺纹元件以及捏合螺纹元件配合使用，能够在更低的熔体温度条件下实现更完善的分散和更均匀的胶粒硫化（如图4所示）。目前，一些专业的车用工程塑料改性厂对生产中的成本和效率提出了更高的要求。为了满足他们的要求，贝尔斯托夫还推出了大产能的设备——ZEUT型双螺杆挤出机。其中ZE130UT设备针对PA+30%-40%玻纤的改性，可以实现8t/h的产量；而对于PP+40%矿物填充的改性，则可达到10t/h的产量。车用内饰表皮加工技术汽车内饰表皮的最典型产品为仪表盘表皮（如图5所示），这也是内饰表皮中要求最高的部分。汽车仪表盘表皮的种类包括PVC/ABS压延表皮、TPO挤出表皮和PVC搪塑表皮。PVC/ABS压延表皮由于在品质及环保等方面存在着局限，其应用在逐渐减少。PVC搪塑表皮由于成本原因，主要应用在高档车上。而TPO挤出表皮作为一种新材料，其应用正在受到越来越多的关注。仪表盘表皮的生产工艺流程包括挤出、压光、轧花、消光等多个环节。贝尔斯托夫公司的TPO汽车仪表盘表皮挤出生产线的主机一般采用双螺杆挤出机，该机器优异的共混性能可使用户有可能直接利用PP和EPDM作为原材料，而不用依赖成本较高的TPO原料。同时，双螺杆挤出机也有利于将各种添加剂和树脂均匀混合，改善制品的性能。目前，有些规格的仪表盘表皮是两层结构，其底层材料可以利用回收料以降低成本。此时挤出机组就是由两台双螺杆挤出机构成的共挤机组。由双螺杆挤出机挤出的物料通过换网器和熔体泵后，就进入平模头，再由平模头将物料喂到三辊压光辊架上。由于TPO材料表面的敏感性，三辊压光辊架一般采用水平辊架的方式，其中的二号辊可以作为轧花辊，在片材表面压制出所需的花纹（如图6所示）。一般，被制成的片材还需要经过消光处理，并增加片材的表面硬度。所有这些都是通过在片材表面喷涂上适当的溶剂来实现的。只有经过这些处理的片材才能成为最终的成品。贝尔斯托夫的TPO片材挤出生产线还可以加工PVC/ABS配方的产品，使用户具有更为广泛的产品范围。典型生产线的产能为800～1200kg/h,制品宽度1500mm,厚度0.5～1.5mm.聚丙烯发泡材料加工技术汽车内用到的聚丙烯发泡材料包括聚丙烯发泡片材和由聚丙烯发泡珠粒料制成的模压部件。聚丙烯发泡片材主要用作汽车顶棚、发动机舱的内衬隔音材料及备胎舱盖等。片材的规格一般为1.5～6mm，密度为60～150kg/m3，制品宽度1000～1500mm。贝尔斯托夫的PP发泡片材挤出工艺流程如图7所示。除了聚丙烯发泡片材以外，在汽车内还用到另外一类的PP发泡制品，即由PP发泡珠粒料模压而成的部件，包括遮阳板、头枕手枕、门内板、保险杠吸能块、备胎座等。贝尔斯托夫在这一领域的技术是通过挤出法将实心的PP粒料加工成密度在15～100kg/m3的EPP发泡珠粒料，这些粒料通过蒸汽模压设备就可以加工成各种部件（如图8所示）。图8PP发泡珠粒料EPP发泡珠粒料挤出设备的工艺流程和设备配置如图9所示，PP发泡珠粒料生产设备如图10所示。在发泡珠粒料的挤出过程中，所采用的发泡剂为丁烷，可实现最大60倍的发泡倍率，制得的珠粒料的颗粒直径在3～5mm（如图11所示）。在整个珠粒料挤出加工的过程中，加工的核心在于挤出和切粒两个环节。对于挤出，要求位于挤出机末端的熔体的温度、压力以及发泡剂的分散状况都达到非常均匀稳定的水平，而切粒过程则要考虑到对粒子发泡工艺过程的掌握、切粒的颗粒均匀性以及切粒系统的机械配合精度。汽车密封条的加工技术贝尔斯托夫公司提供的另一类和汽车有关的技术是车用密封条的挤出技术——包括橡胶密封条和TPV密封条的挤出设备。在橡胶密封条挤出生产线中，为了向下游硫化线提供塑化均匀的无气泡的高品质胶料，主机可以配置销钉式真空脱气挤出机或者销钉可调式真空脱气挤出机。对于下游硫化线，贝尔斯托夫公司可以提供微波、热风或者盐浴硫化线，这些硫化线适合不同制品的工艺要求。对于TPV密封条生产线，除了可用于加工传统的密实密封条以外，贝尔斯托夫还开发了以水为发泡剂的发泡TPV密封条技术。同化学发泡技术相比，水发泡技术更为环保。在实际应用中，TPV往往和橡胶复合在一起，成为复合结构的密封条。对此，贝尔斯托夫有专门的TPV/橡胶复合共挤技术。这种复合共挤模头采用内绝热的设计，可在相邻的两个流道上实现完全不同的熔体温度设定，以适应橡胶和TPV的不同加工温度。