化学发泡工艺在汽车内饰顶棚拉手中的应用

周儒霖 虞方威 陈卉

宁波福尔达智能科技有限公司 浙江省宁波市 315321

汽车内饰顶棚拉手目前主要的生产工艺是气辅助注塑（例：大众MQB平台的车顶拉手）和物理微发泡注塑（例：奥迪A6L）。这两种工艺在国内汽车内饰拉手上应用时间超过了10年之久，但是因为设备投资大，技术难度高，只仅少数企业掌握其成熟的技术。在此过程中随着汽车行业的发展，主机厂要求的提高，渐渐的气辅助注塑（表面凹陷，应力痕）和物理微发泡（表面发白起泡）注塑外观的工艺缺陷而被关注。需要有一个新的工艺来改善这些不可避免的工艺缺陷问题。

另一方面，越来越严格的成本控制需求，和国内汽车行业高速发展的的产能需求提升，需要有一种投资成本少，生产成本低，最好接近于普通注塑成本的工艺进入顶棚拉手的注塑生产。

基于以上质量需求和成本考虑，为了解决困境，我们选择了对设备、工艺要求低，理论减重比例大概在5%-8%的低压化学发泡工艺。经过多次试验并首次在常规注塑机台上实现的顶棚拉手的批量生产。并且实际我们生产达到了9%的减重比例。

工作原理：

（1）设备稍加改造，普通注塑机上增加一个可控锁闭式喷嘴。

（2）将发泡剂颗粒（主要成分是碳酸盐）按照0.30-0.37wt%的比例和塑料原材料（TPO）拌料均匀，加入注塑料斗中，使发泡剂均匀地扩散到塑料熔体中。因注塑炮筒高温度的作用下，发泡剂分解并释放出气体C02渗人到塑料熔体中，渗入量取决于气体在熔体中的溶解度。因为喷嘴增加了锁闭机构，熔体与气体的混合物在料筒的贮料室中保持着较大的内压。注射时，在注射压力下，流体充满模腔。和模具接触的部分塑料快速冷却形成表面皮层，内部的熔体则形成气泡核，气泡核膨胀，泡体固化定型产生细密的气孔发泡层。气孔特点是内部呈网状孔均匀分布。

1 化学发泡工艺在汽车拉手设计上的带来的解放

物理微发泡（以下简称“微发泡”）和气辅注塑因为都需要考虑惰性气体的模腔注入，因此都需要考虑气体的压力和注入方向、时间等因素。化学发泡因为没有外置气体注入，模腔没有保持压力的额外机构，产品通过化学发泡的来保压，因此可以不用考虑这些因素。可以有更灵活的设计，不用考虑壁厚的厚薄结构和加强筋，不会有缩水痕。如这次试验的的这款拉手，采用气辅工艺因为结构问题气辅气针和模具滑块干涉；采用微发泡工艺因为两端壁厚相对中间部分太薄无法保证模具型腔保压压力，容易产生表皮发泡。选择化学发泡工艺就完全不需要考虑这些因素。

2 化学发泡工艺在汽车顶棚拉手设备投入和技术难度上的解放

微发泡和气辅注塑因为都需要专用设备的投入[1]，成本高昂。动则上百万的投入不利于降本的要求。而且产品生产过程中工艺复杂，技术难度高，使用成本自然也居高不下。因为近年来汽车销量的节节攀升，内饰拉手的需求也不断增长，公司现有的气辅和微发泡机台产能越来越趋于饱和，化学发泡中的低压发泡使普通机台来达到生产内饰拉手成为了可能。

在气辅注塑技术不断成熟过程中也是由很多注塑师傅不断摸索而来，而注塑工的注塑能力的高低、注塑师傅的经验积累的程度、及自身的工作状态是我们的产品的好坏的直接的影响因素。因此当引入化学发泡来简化工艺上的步骤，减少整个工作环节，就直接减小了人为因素对产品造成的影响！

3 化学发泡对产品外观的改进

拉手外观的要求提高也是市场的需要，消费者越来越欣赏美观的物品，拉手作为汽车内饰的重要一部分，对其本身的状态的美观要求也是很高，好的产品外观也是对消费者的负责！这种基于原先的注塑工艺基础开发出来的新工艺也没存在多余的开发成本，甚至降低产品的生产成本直接保证了消费者的利益！

目前的拉手气辅注塑[2]经常出现的外观问题：

（1）缩痕；对于气辅注塑的拉手而言缩痕是常见的问题点之一，此注塑是在进料的同时，一端气针吹气，吹到另一端末末尾时停止吹气，这样就很难控制拉手内部肉厚均匀的程度，控制不好时远离吹气端的肉厚会很厚，等拉手冷却后缩印就很严重。

（2）拉手光泽、颜色两端不一致；常见气辅注塑的拉手经常会出现两端光泽、颜色不一致的问题，也是由于气辅注塑是拉手整体的气压不一致，气针孔一端气压过强另一端气压过低导致两端的光泽、颜色不但有差异，且气压低的一端表面模糊不清、呈糊状，见下图1。

（3）应力痕；拉手的支架装配位置背部和拉手本体接近躯干的位置会有应力痕出现，主要是拉手壁厚过度较快导致。

化学发泡的解决方案：这种发泡方法是通过自身材料的化学反应产生气泡的原理来成型！不需要保压。也不需要气针孔，就无所谓保压时间的长短及吹气力的大小，解决了气辅注塑出现的很多拉手外观问题。

首先没有缩痕；它的发泡方式完全是自身产生化学反应来填充型腔，所以每个部位都是均匀受力，只要来调整发泡剂的含量来控制发泡的程度。

其次没有拉手光泽、颜色两端不一致想象；因为不存在型腔气压的大小区别，所以化学发泡的拉手的表面的光泽、颜色相差无几（如K8拉手），经得住光泽仪、色差仪的检测。

第三不存在应力痕；化学发泡也解决了普通气辅注塑的难点之一，即化学发泡这种工艺注塑的拉手不存在应力痕，无论壁厚怎么过渡，不会因为表面的壁厚之差导致硬力痕的出现，见图2。

图1

图2 化学发泡的拉手实图

4 化学发泡拉手对模具加工精度的要求降低，减少模具开发成本

化学发泡的发泡效果对产品的尺寸可以进行一定程度的补偿[3]，这种补偿使我们在发现产品尺寸不达标的时候，不再一定需要修模，可以先考虑尝试用调整发泡效果来较大的调整产品尺寸，调整比例可以达到总尺寸的3%，一般普通的注塑的产品尺寸出现问题时，会花大量的时间去修整改模，而改模成功率并不是百分之百，这样就耗尽时间、人力、物力，得不偿失，化学发泡就一定程度上节省了资源上不必要浪费。

5 化学发泡工艺可以在不降产品性能的基础上减少产品重量

化学发泡属于低压发泡，虽然采用了和普通注塑几乎一致的设备，但是在产品内部会均匀的制造出很多但很微小的气孔，这样产品的机械性能不会有明显的影响。可以有效的减轻产品重量。我们实际使用的这款拉手普通注塑重量将会达到158g，采用化学发泡后实际产品重量143g减少材料9%，节省材料不但是给公司节省了成本，也是对资源的节约。

总体而言，化学发泡作为新工艺用于拉手的注塑生产，比起普通气辅注塑或者微发泡有着明显的优势。在汽车内饰拉手开发领域中是一个新型技术的突破。一方面，在汽车内饰件行业竞争力日益激烈、客户对产品无论功能还是外观要求不断提高的情况下，化学发泡的拉手更能达到客户懂得要求，更能赢得客户的信赖，从而在同行企业中获得更高的市场竞争力。另一方面化学发泡也可以在设计开发过程中少走弯路，解决了其它工艺无法解决的外观难点，辅助设备的节省为公司内部节省大量的成本，也同时省下了人力物力资源及时间上的节约，提高了了员工的工作效率。对内和对外的互惠互利关系，从而达到公司与客户共赢的目的！