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车用PP微发泡材料发泡效果及注塑工艺调整
2017年,我国汽车销量达到2 887.89万辆,同比增长3.04%。汽车产业成为国民经济稳步发展最重要的支
Tue Oct 16 14:33:14 CST 2018 工程塑料应用

2017年,我国汽车销量达到2 887.89万辆,同比增长3.04%。汽车产业成为国民经济稳步发展最重要的支柱性产业之一,但同时也大量消耗了石油资源,对人类赖以生存的生态环境产生了不可忽视的影响和压力。


作为汽车行业应用范围最广、用量最大热塑性材料,改性聚丙烯(PP)的轻量化技术是降低整车油耗最有效的方法之一。目前PP的轻量化技术主要包括低密度、薄壁化和微发泡,其中微发泡技术是减重比例最高、最受各大主流汽车主机厂和零部件供应商关注的轻量化技术。

01

轴心后退二次开模注塑微发泡工艺

发泡剂与改性PP料粒混合均匀进入注塑机,在温度和剪切的作用下,发泡剂分解产生发泡气体,但由于自锁喷嘴的存在,气体仅以气核的形式分散溶解在熔体之中,并未长大形成气泡;之后携有气核的熔体注塑到模具型腔中,轴心迅速后退,动模距离由2.0 mm快速后退至2.8 mm (以定模位置为原点),理论减重比例为28.5%,模具型腔体积增大,气压降低,受压力驱动气泡成核并迅速长大形成封闭的泡孔。由于PP为结晶材料,热的熔体遇到较冷的型腔表面,冷却固化形成较薄的皮层,形成皮层–发泡芯层–皮层三明治的微发泡结构。

02

发泡剂的选择

 注塑温度选定为200℃,添加5 000目滑石粉和一定比例的高熔体强度PP助剂。选择三种发泡剂进行对比,其中,发泡剂A为偶氮二甲酰胺类发泡剂,B和C均为无机盐类发泡剂,但B和C的分解起始温度不同。

 
 
 
 

发泡剂A和发泡剂B的微发泡效果较好,泡孔直径小,且分布均匀致密,较少有破泡和泡孔合并的现象。而添加发泡剂C的PP微发泡材料泡孔直径大,孔径大小不一,整体发泡程度也较低。

 

发泡剂C与发泡剂B同为无机盐发泡剂,但其初始分解温度为207℃,由于注塑温度设定为200℃,发泡剂在螺杆内分解并不充分,易产生直径较大的泡孔。因此,发泡剂C的表现最差。且微发泡技术多应用在汽车内饰,AC类发泡剂(发泡剂A)分解产生氨气,不符合VOC等要求,故优选发泡剂B。

03

滑石粉目数的选择

使用发泡剂B,注塑温度选定为200℃,添加一定比例的高熔体强度PP助剂,采用不同目数滑石粉(1 250目,3 000目和5 000目)进行对比。

 
 
 
 

低目数的滑石粉存在较多大孔径泡孔,并有少量破泡和泡孔合并的现象,高目数的滑石粉相对较好,3000目和5000目滑石粉的差异并不明显。高目数滑石粉更小的尺寸和更高的比表面积有助于提供更多气泡成核的位点,最终形成泡孔更小更致密的微结构。因此,3000目和5000目滑石粉体系的泡孔孔径更小。

 

04

注塑温度的调整

使用发泡剂B,添加3 000目滑石粉和一定比例的高熔体强度PP助剂。选择三种不同的注塑温度,分别为170℃,210℃,230℃进行对比。

 
 
 
 

当注塑温度小于等于210℃时,泡孔孔径小且均匀致密,当注塑温度大于230℃时,出现大量的破泡和泡孔合并现象。注塑温度为170℃和210℃时,采用高特福熔体强度测试仪测定改性PP的熔体强度分别为2.1 cN和1.9 cN,合适的熔体强度有效地抑制了泡孔生长和合并,最终得到致密均匀的泡孔结构,最终确定注塑温度为200℃。

 

05

PP助剂种类的选择

注塑温度设为200 ℃,使用发泡剂B,添加1250目滑石粉。选择两种不同的高熔体强度PP助剂,分别为助剂A和助剂B进行对比。

 
 
 
 

随着高熔体强度PP助剂含量的提升,泡孔直径更小,分布更均匀更致密,且助剂B的效果优于助剂A。

 

06

泡孔结构对微发泡材料力学性能的影响

样品a为注塑温度230℃,滑石粉3 000目,选择2%发泡剂B;样品b为注塑温度200℃,滑石粉目数1250目,选择2%发泡剂B;样品c为注塑温度200℃,滑石粉目数5 000目,选择2%发泡剂B。

 

发泡前后,冲击性能下降显著,仅有发泡前30%~40%左右,因此微发泡汽车零部件的设计和验证应重点围绕抗冲击项目开展。

孔结构则由气泡成核和泡孔增长两个过程所决定。通过选择合适的发泡剂和高效的异相成核无机填料,在开模降压的瞬间产生大量分布均匀的气核;同时降低注塑温度,添加高熔体强度PP助剂提高聚丙烯熔体的熔体强度,约束气泡的进一步生长,稳定泡孔孔壁,最终获得致密均匀的泡孔微结构,提升整体微发泡零件的力学性能。

07

后行李箱盖板制件

 


来源:工程塑料应用

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