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感应热成型--A级表面热塑性复合材料的成型方法 |
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| http://cn.newmaker.com
12/7/2008 6:24:00 PM
AI汽车制造业
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尽管感应热成型技术还没有得到广泛应用，但作为塑料热成型技术中的一种有效方法，其在一些特殊应用领域中已发挥了重要作用。作为一家拥有6年历史的公司，RocTool利用感应热成型技术生产出了具有A级表面的长纤维热塑性复合材料大型汽车零部件。
RocTool拥有一项加热和冷却模具表面的专利技术。与传统方法相比，采用这一专利技术可使模具表面的加热和冷却更快。打开感应器电源，仅仅几分钟，模具表面部分就会被加热到0.2mm深，而模具内部99.9%的部分仍然处于冷却状态。
专用的RocTool软件模拟出的半模周围的电磁流（图A），以选择最佳的模具合金和感应器以及冷却线位置。如图B所示，仅模具表面被加热了
目前RocTool的这一技术已经得到了3家公司的许可。Azdel公司——GE Plastics与PPG Industries的合资公司，目前正在探索利用该技术、采用SuperLite玻璃纤维毡板材（GMT）来压缩成型具有A级表面的汽车部件。荷兰Royal Lankhorst Euronete集团也正在利用该技术生产具有高强度、高硬度PP结构的加固带。日本Marubeni公司则希望找到该技术在日本的合作伙伴。另外，德国Krauss-Maffei公司已经与RocTool合作，将感应热成型装置用于其K-M长纤维热塑性塑料注射成型系统中。
A级表面的热塑性塑料
Azdel使用RocTool的系统已经有2年时间了。2005年，RocTool将其最大的感应热系统配置到了Krauss-Maffei的5500t的Alpha 1注压成型机上。在GE Plastics的聚合物开发中心内，Azdel利用Alpha 1注压成型机生产引擎罩盖，先是生产出引擎罩盖的1/16部分，再生产出1/4部分，直到最后生产出整个部件。据说，这种由玻纤填充材料制成的引擎罩盖具有与钢或者SMC引擎罩盖同样的硬度，而重量却减轻了一半，而且具有更好的抗冲击性能。
值得欣慰的是，在2006年早些时候，Azdel就获得了A级表面热塑性塑料汽车部件的商业许可证。现在Azdel正在帮助RocTool优化低密度SuperLite GMT板的加工技术。
在最近的一次成型试验中，Azdel试验了处于开发阶段的SuperLite片材。这是一种3层ABA三明治结构的片材，中心层为Valox PBT，外层为玻纤填充Xenoy PC/PBT，2层玻纤成90°角排列。
据介绍，该导电版本可用于在线电子喷涂。Azdel同时也开发了绝缘版本，其芯层是Noryl PPX (PPO改性PP)材料。该公司希望在2007年第三季度实现该产品的商业化。
Azdel通过预加热GMT料胚，可以使其在模具中更容易成型。作为一种能够使材料在瞬时感应加热至高温的技术，RocTool技术是获得A级表面的重要因素。同时，快速冷却也使加工过程更加经济。与采用传统的油加热方法预加热料胚相比，大大节省了时间。
感应技术的进展
RocTool早在2001年就开始了感应加热技术的试验。首先将感应线圈置入带有薄金属薄片（1cm）的陶瓷模具中，通电后即可迅速加热模具。电源被切断以后，冷却水道能够使模具迅速冷却。
但是，导电的金属薄片寿命不长，在使用100次以后就需要更换。同时，陶瓷模具存在着不少设计上的局限性，对模具的任何一点修改都意味着要制作一个新的模具。尽管如此，最初的试验还是证明了感应加热方式的可行性，因此该技术在2001年的巴黎JEC复合材料展会上赢得了一项创新奖。
Azdel仅用4min就成型了这个具有A级表面的热塑性塑料引擎罩，而采用传统的加热方法需要6min的时间。该公司的目标是将成型时间降低到2.5min
2003～2004年，RocTool开发了一种更加灵活的感应成型系统，在该系统中，线圈被置于模具外面一个非导电的木质框架里，这意味着感应加热技术可以被应用到任何模具制造商制造的模具中。此外，为了便于模具的修改，感应线圈还被设计成可快速拆卸的形式，从而只需要2个人就可在半天的时间内完成感应线圈的拆卸。为此，RocTool在2005年再次赢得了JEC创新奖。
尽管RocTool现在的技术比以前的实用性更强了，但是模具的模块必须采用磁性钢材料制造。为了保证有效的电磁传导，模具材料中必须含有铬或者镍，而铝和P20模具钢的导磁性则不能满足这一要求。通常，一些合金在经过感应加热后温度能够迅速升高到750oF（398.9℃），而采用其他热源只能使其被缓慢加热至480oF（248.9℃）。
在设计这种感应加热模具的过程中，RocTool借助于定制化仿真软件来模拟电磁场，显示模具温度、加热时间和冷却时间，判断反应器和冷却水道应置于何处，以及应选用什么样的合金材料等。RocTool采用的是EFD Induction集团提供的水冷发生器，其功率从50kW到300kW不等。
在RocTool技术中，可以使用具有不同导热率的模具表面材料，但有一点是明确的，即这些材料都能够保证获得A级表面。一般，模温是通过电磁感应器中电流的输出进行控制，感应器频率为100kHz，置于模具背面。模具表面的热电偶可起到温度反馈的作用。每个半模中电流的方向是相反的，如果在两个半模之间没有绝缘物将它们彼此隔开，将会发生短路现象。
新的GMT市场潜力
GE认为，RocTool技术的出现为Azdel的GMT片材带来了重新赢得市场的机会。在过去的10多年里，在汽车引擎罩下部件和汽车底部部件等应用领域中，GMT材料曾受到了各种低成本的长纤维复合材料以及相关的成型技术的冲击。现在，Azdel为SuperLite片材在A级表面汽车部件上的应用开拓了崭新的市场。
RocTool表示，使用Azdel材料的成型加工商可获得来自GE的许可，采用这种感应热成型技术。为此，RocTool将向这些加工商介绍如何来装配其中的加热系统。
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