汽车行业先进成型技术与环保树脂应用解析

### 汽车行业先进成型技术与环保树脂应用解析 #### 1. 汽车塑料燃油箱双片吹塑成型技术模拟 传统上，汽车行业生产塑料燃油箱（PFT）多采用圆柱形型坯的挤出吹塑工艺。然而，一种名为双片吹塑成型的革命性工艺正逐渐崭露头角，成为制造 PFT 的创新技术。加拿大国家研究委员会工业材料研究所开发的商业有限元软件 BlowView，已成功适应了对这一新型工艺的模拟。 ##### 1.1 双片吹塑成型工艺优势 双片吹塑成型技术能够生产出设计更为复杂的塑料燃油系统，满足高性能和排放标准，从而有望取代当前的共挤出吹塑工艺（该工艺需要对外部安装组件进行钻孔和焊接）。例如，2009 款宝马 7 系燃油箱是双片吹塑成型的首个商业应用案例，它将设计复杂度从两个壳体降低到一个。在成型过程中，片材在中央芯模和模具之间挤出，芯模动作在初始片材成型时固定组件，随后抽出空芯模，模具闭合，在第二次吹塑步骤中使成型片材结合。可安装在芯模上的组件包括挡板、仪表、阀门、喷射泵、管路、燃油模块和罐等。与传统吹塑成型相比，双片吹塑成型由于对壁厚控制的改进，可实现高达 10%的重量节省，此外，通过组件简化和精加工成本降低，还能额外节省 10%。 ##### 1.2 双片挤出工艺模拟挑战与改进 传统挤出吹塑工艺主要包括型坯形成、型坯膨胀以及部件冷却和固化三个阶段，其中型坯形成是最关键的阶段，因为它会影响部件的最终厚度分布和机械性能。BlowView 中的 BlowParison 软件用于预测组合虚拟壁分布系统（VWDS）和模具滑块运动（DSM）的型坯形成，它考虑了膨胀、下垂和非等温效应等多种因素。然而，将 BlowParison 软件应用于双片挤出模拟时面临新挑战。 在双片挤出中，模具几何形状、树脂特性和操作条件会影响片材在挤出过程中的膨胀和下垂，而这些又会显著影响片材尺寸。为应对双片挤出问题，将片材视为切割并打开的型坯，重新定义了用于描述挤出圆柱形型坯的直径膨胀和厚度膨胀等参数，同时对模拟算法进行了其他更改，使 BlowParison 软件成功适应了双片挤出过程现象的模拟，以预测片材厚度。 ##### 1.3 BlowView 软件对双片吹塑成型的模拟实现 BlowView 软件新增了双片吹塑成型作为一种新的工艺类型，同时开发了新的双片模具编辑器，允许用户绘制双平板模具的设计，而非传统的圆柱形模具。用户需要输入模具的垂直尺寸、模具狭缝的长度以及芯轴沿轴向位置的尺寸，还需提供模具间隙以及模具出口尖端左右芯轴之间的距离等参数。 在片材厚度控制方面，与挤出吹塑类似，双片挤出使用 VWDS 控制片材厚度，同时还引入了一种利用模具狭缝运动的新型片材厚度控制方法。新模具由可单独移动的模具狭缝组合而成，用户可以操纵模具狭缝到其中立位置的距离，以改变特定区域的模具间隙开口。 为输入模具狭缝的位置，开发了一个新界面。用户在 BlowView 的处理条件窗口中选择双片挤出（TSExtrusion）工艺时可以访问此选项。由于模具狭缝两侧独立工作，必须定义两侧的位置。有包含 64 或 128 个挤出点的两种类型机器可供用户选择，用户只需分配主点，其余模具狭缝位置将通过线性插值算法计算得出，并可通过界面验证结果。 ##### 1.4 气罐案例研究验证 为验证新的 BlowView 软件，以双片吹塑成型气罐为例进行了案例研究。模拟中使用的材料是巴斯夫生产的 HDPE Lupolen 426 1 A + EVOH 回收料，分别使用 Carreau 和 K - BKZ 模型模拟模具内的流动和部件成型。通过双片模具编辑器设计双平板模具，并定义了双片挤出、插入组件、模具位移、压力变化和部件冷却等处理条件。可视化窗口允许用户查看整个过程的模拟结果，如片材在挤出各阶段的厚度数据和形状、模具位移和膨胀演变等。 #### 2. 无需涂装的环保工程树脂在外观应用中的探索 在造型趋势中，金属装饰一直是重要元素，传统上通过涂装和镀铬实现。然而，这些工艺成本较高且不环保，存在挥发性有机化合物（VOCs）排放、化学处理和无法回收等环境问题。为此，开发了新型工程树脂，无需涂装即可实现所需外观，既环保又降低成本。 ##### 2.1 二次加工的问题与挑战 一些树脂，包括工程树脂，在成型后需要二次操作才能满足外观应用的美学要求，如涂装或电镀，这些操作可能包括多个步骤，成本复杂。除了材料和应用本身的成本外，还可能涉及预处理或后处理步骤，如表面蚀刻、底漆涂装、火焰、等离子或伽马处理、热固化、面漆等，且人们很少考虑溶剂和其他化学处理成本。此外，涂装或电镀后出现表面缺陷时，废品成本高于未处理部件，且处理后的部件无法再研磨或回收，不符合环保要求。同时，涂装和电镀还限制了适用树脂的选择范围，许多树脂无法进行涂装或电镀，即使可以，也可能需要进行配方修改，进一步增加基础材料成本。 ##### 2.2 工程树脂性能要求及解决方案 - **着色性**：大多数树脂都可以着色，但效果和质量各不相同。对于