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聚氨酯发泡成型工艺主讲：林崇聚氨酯发泡成型工艺内容1.聚氨酯发泡工艺所适用的零件2.高压发泡机的结构与工作原理3.聚氨酯发泡成型工艺4.聚氨酯发泡零件的性能与材料及工艺的关系聚氨酯发泡成型工艺随着我国汽车工业的发展，人们对汽车的外观，舒适性，安全性，节能性等要求的不断提高，塑料制品在汽车零部件上的用量也在不断的提高。聚氨酯材料因为具有一些独特的性能，如舒适性强，质量轻，价格便宜等优点，在汽车工业上也得到了广泛的应用。据一份2004年的欧洲汽车塑料的平均用量统计显示，聚氨酯树脂的用量占汽车用塑料的总量的13.67%，达到了19.6公斤，排在了第二位。背景简介：聚氨酯发泡成型工艺头枕坐垫顶篷仪表板与方向盘发动机隔音垫门内饰板1.聚氨酯发泡工艺所适用的零件聚氨酯发泡成型工艺1.1聚氨酯泡沫塑料按泡沫的硬度分类，大体上可分为三大类1.1.1软质聚氨酯泡沫在23℃和RH5%条件下，弹性模量小于70MPa,富有柔韧性、压缩硬度很小、应力解除后能恢复原状，残余变形较小；1.1.2硬质聚氨酯泡沫弹性模量高于700MPa,无柔韧性，压缩硬度大，应力达到一定值方产生变形，解除应力后不能恢复原状；1.1.3半硬质聚氨酯泡沫弹性模量在70～700MPa之间，性质介于两者之间聚氨酯发泡成型工艺1.2不同硬度的聚氨酯泡沫的典型产品1.2.1软质聚氨酯泡沫典型产品：汽车中的遮阳板、内饰门板表皮衬垫、密封垫及条、顶棚内衬、地毯背衬、座椅坐垫、靠背、头枕。1.2.2硬质聚氨酯泡沫典型产品：内饰板侧冲击缓冲块、顶棚内衬。1.2.3半硬质聚氨酯泡沫典型产品：软饰汽车仪表板、汽车方向盘、车门内饰板、保险杠内芯、头枕、扶手。聚氨酯发泡成型工艺2.1发泡机的主要构成：料罐，计量泵，过滤器，压缩空气干燥系统，送料系统，混合头，电控系统，温控系统，液压系统。料罐计量泵过滤器2.高压发泡机的结构与工作原理。聚氨酯发泡成型工艺压缩空气干燥系统送料系统聚氨酯发泡成型工艺混合头电控系统聚氨酯发泡成型工艺温控系统液压系统聚氨酯发泡成型工艺X压缩空气料罐搅拌器电机加热/冷却装置过滤器计量泵液压装置活塞出料管路回料管路混合头高压发泡机工作原理图聚氨酯发泡成型工艺2.2高压发泡机的工作原理：把原料的压力转化为动能，使其在极小的空间内高速撞击后进行充分的混合。2.2.1低压循环：混合头活塞为关闭状态，原料从料罐内经过过滤器，计量泵，流入混合头，再经过回料管路回流入料罐，因为流量很小，所以压力很低。2.2.2高压循环：混合头活塞为关闭状态，原料从料罐内经过过滤器，计量泵，流入混合头，再经过回料管路回流入料罐，因为流量很大，所以压力很高；且因为原料在管路内的高速流动，原料的温度会较快速的升高。聚氨酯发泡成型工艺2.2.3高压浇注：在高压模式下，混合头活塞为开启状态，原料从料罐内经过过滤器，计量泵，流入混合头，与另一组份原料在混合室内高速撞击混合，然后再从混合头中喷出；在混合结束后，活塞再次关闭，并把残余的原料从混合头中推出。2.3发泡机的功能要求:①混合比例，混合压力，流量输出具有高度的稳定性(CPK1.67)。②良好的温度控制能力，一般的给料温控系统的温控能力高于回料温控系统。③良好的过滤性，对ISO的过滤精度最好要＜100μ，可以保证稳定的混合压力。聚氨酯发泡成型工艺④混合头有良好的混合效果，并且带自动清洁功能，注射压力调整功能。⑤压缩空气干燥系统要有良好的空气干燥能力(0.116gH2O/m3)防止水与ISO发生反应，或导致POLY的含水量变化。⑥数据收集功能(PLC)。2.4模架及模具发泡模架：模架的驱动方式：气动、液压、电动。合模方式：气动/液压/电动模架驱动翻转合模、气动/液压/电动模架驱动垂直合模。要求：⑴合模动作时间4-7秒（具体由发泡材料确定）⑵高精度的模具重复定位及密封延时设定，CPK1.67聚氨酯发泡成型工艺⑶分布抽真空功能（40%真空度→100%真空度→模具周边100%真空度）。⑷密封条冲放气时间设定功能。⑸锁模力显示功能。⑹真空度显示功能。发泡模具：发泡模具主要作用为：骨架的定位与检测，表皮的定位与检测，密封与排气功能的实现；适合的半模开启角度，以方便浇注。合适的拔模角度（1°-3°)以方便取件，必要的时候还可以安装辅助取件系统。⑴真空吸附：a）上模：针对骨架的吸附方法有吸盘固定，真空孔配合密封条固定等方法；在模具制作的过程中，吸盘、真空孔应尽量放置在产品不需要发泡的区域或需要开孔的与其他零件没有配合关系的区域，以防止在发泡后产品的正面出现表面不平整的外观缺陷，或发生与配合件的装配问题。聚氨酯发泡成型工艺b）下模：1）针对表皮的吸附方法一般是根据产品的形状在下模布置一些真空眼(一般放置在分型线的R角定点上)；并对一些关键的区域，如凸台或与其他零件配合的特征线等位置进行真空度的监测，以判断真空眼的数量和真空度是否能保证产品特征线的清晰。2）下模表皮真空的吸附，比较理想的是分两步进行，第一步是按比例抽真空，以方便表皮的调整，第二步是100%真空，以固定表皮，防止褶皱。聚氨酯发泡成型工艺c)下模边缘：边缘真空一般是采用真空槽的形式，其主要作用是协助密封和固定表皮；真空槽在设计的时候有两种排布形式，第一种是真空槽设置在下模密封条的外部，第二种是真空槽设置在下模密封条的内部，显然第二种设置更优于第一种，因为它可以防止原料堵塞真空槽。d)真空通道：提供真空的管路，一般要求其有良好的密封性和方便维修。聚氨酯发泡成型工艺⑵密封的功能与要求：a)密封条要根据根据模具的结构排布，尽量安排在平面上，避免不规则的面。b)每根充气密封条要有单独的时间控制功能，在不膨胀的时候，保证气体良好的通过性，膨胀的时候保证良好的密封性。c)密封条的气压必须大于发泡的压力，一般为3-5bar。d)密封条排气的时候要保证足够的排气间隙,一般为2.0-2.4mm。⑶密封条的排布：聚氨酯发泡成型工艺a)充气密封条的排布10-15mmb)硬密封条的排布7mm聚氨酯发泡成型工艺2.4公司现有的聚氨酯发泡设备与发泡模具。2.4.1T53IP项目模具及模架2副发泡机1套浇注机器人1台c)与真空槽的配合5mm10mm聚氨酯发泡成型工艺T53IP发泡模具及模架T53IP发泡浇注机器人T53IP发泡PLC面板聚氨酯发泡成型工艺2.4.2X7IP项目发泡模具及模架一副发泡机一套X7IP发泡模具及模架X7IP发泡机聚氨酯发泡成型工艺2.4.3X7DP项目发泡模具及模架2副发泡机1套（与X7IP共用）X7DP发泡模具及模架X7DP发泡机混合头聚氨酯发泡成型工艺3.聚氨酯发泡成型工艺3.1一步法发泡工艺特点：一步法发泡工艺因具有工艺简单、设备投资少，易于操作管理等优点，是目前普遍采用的制造工艺。原理：它主要是将聚醚多元醇，异氰酸酯，水，催化剂，泡沫稳定剂等其他添加剂一步加入，在高速搅拌下混合后进行发泡。聚氨酯发泡成型工艺原理图：异氰酸酯多元醇水催化剂泡沫稳定剂其他添加剂混合发泡泡沫制品聚氨酯发泡成型工艺3.2汽车仪表板的生产工艺3.2.1汽车仪表板的分类：⑴硬质仪表板：结构简单，主体部分为同种材料构成，多用于载重汽车及客车，一般不用表皮材料，采用直接注塑成型。⑵软饰仪表板：由表层、缓冲层和骨架三部分构成，使用多种材料，多用于轿车。⑶硬质仪表板与软饰仪表板的对比：聚氨酯发泡成型工艺项目硬质仪表板软饰仪表板制造方法注射成型冲压成形表皮：真空成型骨架：注塑成型或金属冲压成形缓冲材料：PU浇注成型表皮：搪塑成型骨架：注塑成型或金属冲压成形缓冲材料：PU浇注成型使用材料改性PPABS等表皮：PVC/ABS膜缓冲：半硬质PU骨架：ABS、改性PP、钢板等表皮：PVC料粉或其他材料缓冲：半硬质PU骨架：ABS、改性PP、钢板等外观手感差较好很好花纹差较好很好生产周期短较长较长制造成本低中等较高适用车型货车、客车、低档车中级轿车高级轿车聚氨酯发泡成型工艺3.2.2半硬泡汽车仪表板的生产工艺典型工艺流程：ABS/PVC原料搪塑/真空成型ABS/改性PP原料注塑成型剪切、弱化火焰处理POLYISO注模发泡熟化取件后处理高压混合聚氨酯发泡成型工艺开模浇注流程：闭模浇注流程：清模固定骨架固定表皮浇注合模熟化开模取件后加工清模固定骨架固定表皮合模浇注熟化开模取件后加工聚氨酯发泡成型工艺开模浇注与闭模浇注的比较项目开模浇注闭模浇注可调整浇注路线，原料可合理的根据模具的结构进行分布，避免气孔。可使用反应较快的填充料体系，生产效率高原料在模腔内流动距离较短，有利于降低密度，降低成本。无需投入机器人，后加工成本低模具结构较简单工艺稳定性好后加工成本高浇口处有原料损失，浇口处要有优异的密封性。需要机器人浇注，导致投入成本高工艺调整难度大，很难避免气孔的产生缺点优点无法使用反应速度很快的填充体料需要较大的填充量，导致成本高聚氨酯发泡成型工艺4.聚氨酯发泡零件的性能与材料及工艺的关系4.1材料的基本指标a)聚醚多元醇的指标（poly）羟值（mgKOH/gpoly)：与ISO的用量的多少有关。水含量（%）：与ISO的用量的多少，发泡倍率有关。粘度(25℃)(mpa.s)：于反应初期原料的流动性及发泡压力有关。密度(g/cm3)：与设备计量泵的校准有关。聚氨酯发泡成型工艺b)异氰酸酯的指标（ISO）NCO的含量(%)：与POLY的用量有关。粘度(25℃)(mpa.s)：与反应初期原料的流动性，以及发泡压力有关。密度(20℃)(g/cm3)：与设备计量泵的校准有关。4.2生产工艺的基本指标反应比例:影响泡沫的硬度与泡沫的耐老化性能。温度：影响反应速度，发泡内部压力。浇注压力：影响两种原料的混合程度。聚氨酯发泡成型工艺浇注量：影响发泡后产品的泡沫密度，硬度，内部压力。4.3发泡零件的常见问题分析a)气泡原因：气体夹在泡沫中，无法排出，与原料的流动方向有关。对策：若夹气位置离模具的密封条很远或无排气点，可考虑帖泡沫胶带在骨架或表皮上以改变料流方向，若离密封条比较近，可考虑延长密封条的等待时间。若以上方法无法解决，可考虑根据上模的结构在骨架上合适的位置进行打孔（推荐使用0.8mm的钻头）。聚氨酯发泡成型工艺b)鼓包表现为：表皮跟泡沫，泡沫跟泡沫的脱开,在脱开处鼓起很大的一个包。比较容易出现的位置为：泡沫层厚度较大的地方，模具某个区域温度最高的地方。产生的原因为：1)发泡产生的内压不能及时的释放造成的。2)原料过期，混合不均，出现分层。对策：1）提前放气，或降低模温。2）更换原料，更换或清洗混合头喷针。聚氨酯发泡成型工艺c)料虚表现为：泡沫成破碎状，不平整，泡孔粗大。产生的原因为：问题区域的发泡内压不足。对策：采用可以增加发泡内部压力的方法，如提高模温，增加料量等方法。d)表皮褶皱原因：1）表皮与模具匹配不良。2）下模真空不够。3）骨架与表皮有干涉。4）作业员操作失误。