在“科技以換殼為本”的現(xiàn)階段手機產(chǎn)業(yè)中，目前最新的優(yōu)化成本個性化手機背板生產(chǎn)很多采用了表面RTM工藝，這項新開發(fā)的工藝最早主要用于汽車結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)。
表面RTM工藝使汽車結(jié)構(gòu)中具有可涂飾表面的纖維增強可視部件實現(xiàn)了低成本大批量生產(chǎn)。通過在型腔內(nèi)用PU層直接流涂表面RTM部件，可涂飾組件無需經(jīng)過任何其他中間步驟即可進行生產(chǎn)。
克勞斯瑪菲在德國杜塞爾多夫K2013展會上現(xiàn)場展示的用于碳纖維增強PU部件自動化生產(chǎn)的生產(chǎn)單元成為了一個公眾熱點。這個產(chǎn)品的主要特點是，部件可直接從具有可涂飾表面的模具中取出。
RodingRoadsterR1輕量跑車展示了表面樹脂傳遞模塑（RTM）技術(shù)—一種新近推出的工藝（標題圖）的潛力。在生產(chǎn)過程中，首先使反應(yīng)樹脂在壓縮RTM工藝過程中滲入模內(nèi)的纖維預(yù)制件。基體固化之后，在第二個步驟中按固定的間隙寬度開模，從而使部件表面能夠在型腔內(nèi)用附加的PU層進行直接流涂。這個PU層可以使纖維增強部件表面上所有不平整的地方變平，因此該部件無需任何其他步驟或二次加工即可進行涂漆。
在表面RTM過程中，計量線和混合頭均在高壓范圍內(nèi)運行，因此反應(yīng)快速的基體樹脂可以得到應(yīng)用，使周期時間縮短至5-7分鐘，從而使表面RTM工藝適用于大批量生產(chǎn)。基體部件高達50%的纖維體積含量確保了部件優(yōu)異的機械性能和較輕的重量。
新工藝通過RodingRoadsterR1跑車進行了展示。這輛輕量汽車的重量是950千克，動力是320馬力，碳纖維含量是120千克，赫然表現(xiàn)了現(xiàn)代輕量結(jié)構(gòu)的潛力。制造商是總部設(shè)在德國下巴伐利亞州羅丁格的RodingAutomobileGmbH，專門開發(fā)和生產(chǎn)輕量結(jié)構(gòu)的碳纖維增強塑料產(chǎn)品。車頂面板由一個嵌在PU基體上的準各向同性結(jié)構(gòu)CRP無端纖維稀松布制成（圖1）。表面積為約0.45平方米，纖維體積含量為約50%。克勞斯瑪菲注塑單元使用的基體材料由總部設(shè)在德國杜塞爾多夫的德國漢高集團提供。上述特殊的表面涂層是總部設(shè)在德國腓特烈斯多夫的RühlPuromerGmbH生產(chǎn)的一種脂肪質(zhì)抗紫外線PU系統(tǒng)。
生產(chǎn)周期從預(yù)制件生產(chǎn)開始，預(yù)制件由總部設(shè)在德國埃平根的迪芬巴赫機械設(shè)備有限責(zé)任公司提供。預(yù)制件插入模內(nèi)之后，模架閉合，型腔被抽成真空。注入模架部件PU混合物之后，模具按規(guī)定的間隙寬度開模，從而使混合物以相對較低的壓力壓入模內(nèi)。部分樹脂將滲入纖維稀松布，而大部分樹脂將“浮”在纖維上方。排料完成后，模具閉合，因此樹脂將壓入纖維稀松布，使纖維完全潤濕。
經(jīng)過短暫的反應(yīng)時間，PU基體已經(jīng)固化，半模則按規(guī)定的間隙尺寸再次調(diào)整。最終，部件表面和模具表面之間形成一個小小的間隙，這個間歇隨后用第二個PU系統(tǒng)進行填充（圖2）。通過這種方式，可涂飾的PU層在纖維增強部件表面形成。表面材料的層厚取決于部件的幾何形狀和纖維層的結(jié)構(gòu)。例如，層厚可能介于0.15至0.2毫米之間。
K2013展會上使用的模具由總部設(shè)在奧地利米爾斯的項目合作伙伴AlpexTechnologiesGmbH制造，它采用一種特殊的密封技術(shù)，即使模具在兩階段過程中微微開啟也可抽成真空。通過有選擇的排氣控制，應(yīng)用于模具表面的涂層將不含空氣夾雜物。精密集成的傳感器對最佳模具填充進行監(jiān)控并在線提供相關(guān)的部件質(zhì)量信息。該模具配備頂出系統(tǒng)，可用機械手和抓爪系統(tǒng)協(xié)助脫模。部件從模具中脫離后，首先被放置于冷卻壓力表上，防止在冷卻過程中產(chǎn)生變形，并確保尺寸穩(wěn)定性。在此步驟之后，部件將被傳送到銑削工作臺以除去多余的纖維和樹脂。
新開發(fā)的模架
模具位于RTM模架內(nèi)，它由總部設(shè)在德國慕尼黑的克勞斯瑪菲技術(shù)有限公司新近開發(fā)，具有3,800千牛的鎖模力（圖3）。該模架的壓板表面尺寸為1300×1300毫米，平行沖程為250毫米，非常適用于汽車外部應(yīng)用中尺寸約1平方米的大面積部件。閉模過程中良好的同步性確保了部件的質(zhì)量和工藝的可靠性。由于精確的壓板平行度，精確可重復(fù)的間隙得以形成，從而實現(xiàn)了PU涂層在部件表面上的均勻分布。因為模架的上部是鉸接而成的，操作員或操作裝置可從三個面對模具區(qū)域進行人性化的干預(yù)。
在K2013展會上應(yīng)用于基體材料和涂裝系統(tǒng)的PU組件混合物由兩個RimStarNano定量配料機配制（圖4）。該系統(tǒng)配備專門的真空輔助罐系統(tǒng)以及一個高效節(jié)能、極其精確的溫度控制器，控制器帶有一個接近混合頭的固定作業(yè)點。RimStarNano計量機的計量泵是耐磨損的自制單元，因此，根據(jù)機器概念，所有常規(guī)基體系統(tǒng)的永久工藝可靠性可得到保證，如PU、聚酰胺和環(huán)氧樹脂等。模架材料由RimStarNano8/8定量配制，并通過MK-5/8-2K80混合頭注入模具。由于表面材料具有相對較小的生產(chǎn)率，因此使用的是RimStarNano4/4計量機和MK-5/8-2K40混合頭。
利用Vario-Nozzle改變應(yīng)用率
上述兩個混合頭均按偏轉(zhuǎn)原理運行，例如排出管呈90°對著混合室。該組件在高壓條件下按碰撞混合原理混合。高壓再循環(huán)通過可調(diào)噴嘴實現(xiàn)。所有部件流入混合室的過程與控制活塞的開模行程同步進行。通過混合頭的噴嘴模塊，內(nèi)部脫模劑實現(xiàn)了精確和重復(fù)的計量和混合，即使量非常少。由于采用了專利的VarioNozzle，排氣量在噴射過程中可能發(fā)生改變而不產(chǎn)生壓力變化或影響混合質(zhì)量（圖5）。噴涂材料使用的偏轉(zhuǎn)器混合頭還額外配備一個吹風(fēng)機，它能夠在混合室中產(chǎn)生對比壓力或?qū)⒖諝庾⑷牖旌鲜摇?br />
結(jié)語
由于周期時間僅為短短數(shù)分鐘，表面RTM工藝使具有優(yōu)質(zhì)可涂飾表面的纖維增強可視部件實現(xiàn)了大批量生產(chǎn)。因為無需復(fù)雜的二次加工，每個部件的成本降低了約60%。這種技術(shù)在展會上一經(jīng)展出即獲得了大量的需求。例如，希望使該工藝適用于批量生產(chǎn)的原始設(shè)備制造商和供應(yīng)商已發(fā)起了密集的會談。
