热流道 | 19分钟阅读

自动上光:模塑商的机会之窗

这个新兴市场有望发展壮大,但充满挑战。聚碳酸酯车窗需要专用机械,高端加工能力,优质聚合物,先进的涂层技术以及创新的模具和流道设计。

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 It’s a big step up—在容量潜力和技术要求上—从模压汽车前照灯盖到玻璃窗。聚碳酸酯已经在汽车前照灯罩市场上占据了主导地位达15年之久,但直到现在,它从未挑战过车窗玻璃。现在,材料,机械和工具方面的进步不仅克服了以前的局限性。 PC玻璃正在成型为越来越大的部件,从而节省了相当多的重量,并提供了样式和设计潜力—例如独特的3D形状—那个玻璃杯不匹配。

“PC可能提供的多种样式选择正在测试窗口设计的常规假设,”拜耳材料科技汽车行业创新总监Paul Platte说。“这为车辆的形状创造了一个全新的世界。成型商可以在零件的一个边缘上加入诸如窗孔,尖角或平滑角半径或复杂3D形状之类的特征。对于夹层或钢化玻璃,诸如此类的特征是不希望的,不可塑形的且成本高昂的。在聚碳酸酯中,它们可以轻松完成。”

Glass auto windows are produced up to 1.5 or even 2 m2. With the latest technology, PC auto glazing can be molded 最多1.4平方米(约15平方英尺), although some believe sizes up to 2 m2 (21.5 ft2) aren’太远了。与玻璃相比,更大的自动玻璃可以节省多达50%的重量。

零件集成是PC玻璃带来的另一个新优势。“我们能够将一件式车顶模块框架和光学面板整体制造出来,从而实现零件合并和减轻重量,”Freeglass GmbH总经理,德国Schwaikheim的Gerald Aengenheyster博士说,他是PC汽车玻璃的成型者和先驱。

PC自动玻璃正在催生新的设计理念,例如侧窗上安装了后视镜,而不是安装在门板上,而后车顶包裹在车后。与玻璃不同,PC玻璃现在可以具有一体的肋条或托架,以将零件锁定在车辆上或支持其他功能。甚至已经成功地将加热/除霜元件和无线电天线模制成具有预印电路的模内膜的PC窗板。

当前的应用包括前后四分之一窗户,固定侧窗,后门固定窗户部分,小的透明车身面板和全景天窗(天窗)系统。这些应用目前集中在欧洲,但其优势正在吸引亚洲和美国的一级汽车供应商。

耐刮擦涂层系统的最新发展已大大拓宽了美国的PC玻璃窗市场。直到去年6月,PC在美国仅限于车辆的非乘客区域,通常在SUV的后排货区域,尽管没有这种情况。美国法规中的应用程序在欧洲和亚洲没有那么严格。

6月,美国运输部’国家公路交通安全管理局(NHTSA)批准了GE-拜耳合资企业Exatec LLC的Exatec 900材料和涂层系统,适用于所有非挡风玻璃,前提是其符合所有现有的夹层玻璃自动玻璃规范。 NHTSA确定不需要新法规—相反,可以使用现有的夹层玻璃规范对PC玻璃进行验证。“现在可以在全球所有非挡风玻璃位置使用PC,”Exatec首席执行官Clemens Kaiser说。

 

技术突破

PC自动玻璃的制造需要一套特殊的制造技术,这些技术应超越机械,模具,材料和加工方法中的常规技术。该过程的每个阶段都在紧张发展。

首先,新的汽车玻璃零件很大—最多1.4平方米(约15平方英尺)—并且必须在低应力条件下模制它们,以提高光学质量并保留硬涂层。“零件中的残余应力会对光学质量以及涂层质量产生负面影响,” says Kaiser. “零件中的高应力可能导致涂层雾化或分层。注射压缩而不是传统的注射成型是制造低应力大型零件的理想工艺。”

实际上,即使按正常的注射压缩标准,PC玻璃的压力也很低。这些零件的注塑压力为2600至2900 psi,而典型的注塑成型压力约为3050至3500 psi。

机ry suppliers such as Battenfeld, 恩格尔, and Krauss-Maffei have developed injection-compression processes to meet these low-pressure, low-stress requirements. Because large glazing panels are essentially thin-wall parts and must have parallel surfaces for good optical qualities, molding machines must be able to maintain close parallelism of platens and molds—i.e., within 0.1 mm.

New tooling concepts were developed by European firms such as 萨默 to keep the pressure on the material low throughout the molding cycle. Hot-runner designs were also affected by the new molding criteria, and firms such as HRS, Mold-Masters, and Synventive were among the first to respond.

必须开发新的PC材料,以实现良好的流动性,比常规材料更高的光学清晰度以及对硬涂层的附着力。拜耳材料科技和GE塑料分别为该市场开发了先进的PC树脂。零件的平均厚度为4到5毫米,流长与厚度之比约为300:1。“所以实际上,我们所说的是薄壁零件,” says 恩格尔’s Markus Kralicek,大型机器的应用工程经理。

同时,为了提供高的耐磨性,耐刮擦性和抗紫外线暴露/耐候性以及良好的透光性和抗反射性,必须改进模后涂布技术。这导致专有“wet-coat” formulations as well as a new 湿衣/plasma-coating technique.

Exatec由拜耳和GE于1998年创立,旨在为该市场开发优质的涂层技术。 Exatec和其他供应商创造了用于聚碳酸酯的有机硅硬涂层技术,该技术在302至350 F的温度范围内应用。涂层过程大约需要一小时。至少有一家玻璃涂料供应商位于德国的Schott HiCotec(美国纽约州埃尔姆斯福德的办事处)正在采用其用于塑料的玻璃涂层工艺。

多组分成型正在成为汽车玻璃的另一项要求,尤其是较大的部件。“所有的商业应用都是并且将由两个部分组成,”Battenfeld工艺技术主管Joachim Berthold宣布。“第二种材料通常用作框架或边框,用于隐藏浇口痕迹以及安装在零件上或模制到零件中的任何功能性元素,同时保持外部零件的形状无缝。”这里的挑战是,双组分工艺的两种材料都必须在低压条件下成型,以最大程度地降低应力。大多数商业上光应用的透明中心都包覆有深色,不透明的框架。

Molders are turning to injection-compression machines with rotary center-stack tooling for two-component overmolding of glazing. According to 恩格尔’s Kralicek, “最好由两台注塑机在一台压力机中模制成两部分零件。与使用机器人在两台分开的机器之间进行转移过程相比,在单按机中进行处理要容易得多。一个周期内模制完成的零件意味着可以使用相同的树脂来获得一致的温度,均匀的材料收缩和更好的零件质量。”

自动上光还需要对热流道和浇口设计进行一些修改。“成型者应迅速将模具注射到模具中,并且剪力应尽可能小,因此需要特殊的浇口设计,”Kralicek说。如今,大型自动玻璃的所有模制都使用偏心门控,以避免可见的浇口痕迹。三种方法包括薄膜边缘浇口,其中在第二道工序中从零件中除去包含浇口的多余材料。也可以使用大型单闸阀或顺序阀选通直接选通。

 

早期采用者

PC汽车玻璃的巨大潜力正在推动汽车零件成型商与玻璃供应商,模具制造商和热流道公司合作,对新的加工厂进行投资。材料供应商也在加快自己的技术中心的速度。目前,该活动仍集中在欧洲,已经有十几个应用程序在商业生产中。尚有多个项目正在筹备中,正在评估众多概念。

Freeglass是汽车玻璃零件供应领域的全球无疑的领导者。它成立于2001年,是欧洲汽车玻璃的领先者Saint-Gobain Sekurit和世界Schefenacker的50:50合资企业’是外后视镜的领先制造商。 Freeglass致力于生产大型和小型汽车玻璃部件。它使用Krauss-Maffei的MX两板机;来自Battenfeld的全新2970吨的IMPmore系统;来自拜耳,通用电气和日本帝人的树脂;和它自己的聚硅氧烷湿涂技术。 Freeglass在2005年模制了约150万个PC玻璃部件,预计到2008年将达到500万个。它拥有五台242吨至4400吨的注塑机,全部用于汽车玻璃。

Another glazing producer is Organikglass in Carate Brianza, Italy, created late last year by 游侠 S.p.A., an Italian molder of automotive technical parts. The new company is dedicated to the production of two-component side and rear windows and panoramic roofs.

The plant has as its centerpiece an 恩格尔 1650-ton Duo Combimelt injection-compression machine with Glazemelt technology. The press has two injection units and a horizontal rotary table. It can mold parts up to 1100 x 800 mm. The facility also has a silicone hard-coating line in a Class 100 cleanroom 恩vironment. The firm will use GE’s Lexan GLX auto-glazing material. 游侠 also produces the molds for Organikglass.

Organikglass上个月刚刚开始生产一种用于今年在欧洲销售的汽车的窗户。该公司正在努力验证其他几个组件。“今天,我们可以模制高达0.8平方米的屋顶,” says Matteo Terragni, 游侠’s R&D manager.

位于意大利San Polo di Piave的INglass Group是Incos Group(意大利模具制造商和HRS热流道的所有者)的新名称。新名称标志着其对大型自动玻璃模具的新关注。新业务受益于其父公司’Incos的多色工具方面的工具专业知识以及Incos两色PC的热流道知识’s HRS Div. INglass installed a 2530-ton 恩格尔 Duo Combimelt machine with Glazemelt technology, which will be used to develop and test tools it produces for two-component auto-glazing parts. It has other machines from 220 to 1650 tons for mold tryouts. It can produce a two-component part up to 2 m2, says Alessandra Bosco, manager of global business development. She adds that INglass has built the tool for the “量产车上使用过的具有复杂形状的最大的两组分PC玻璃窗组件。” It’是本田思域的后挡板窗,由Freeglass制成。 INglass将在NPE上展示其用于自动上光的两部分工具之一。

CleverGlass是一家新公司,由捷克利贝雷茨的汽车成型商Cadence(以前称为Peguform)成型PC玻璃。 CleverGlass预计,自2007年投入使用以来,每年可生产多达200万平方米(2150万平方英尺)的PC玻璃,用于侧窗和后窗以及天窗。新工厂将使用Lexan GLX材料。

另外两个汽车玻璃成型商是位于德国斯托克多夫的WebastoAG,这是一家天窗系统生产商,正准备进行玻璃生产。以及德国魏森堡的前Dynamit Nobel Kunststoff(DNK),这家汽车零部件模塑商最近被瑞典的Plastal Holding AB收购。 DNK / Plastal正在为梅赛德斯CL模塑后窗。

 

上路

北美可能没有意识到欧洲已经有多少PC汽车玻璃部件。 Freeglass正在生产一种五段,两部分,灰色的面板,作为梅赛德斯A级和B级汽车可选薄片系统的一部分。 Freeglass还在为梅赛德斯制造类似于深色玻璃的B柱涂饰剂’CLS模型,以及戴姆勒克莱斯勒Smart coupe的固定侧窗,Smart ForFour的固定门窗和前全景车顶板,以及SEAT的后固定侧灯。今年,Freeglass开始为本田思域生产1.2米宽的尾门窗。透明PC的第一枪是用黑色PC包覆成型的,据报道这是一个非常具有挑战性的应用。

拜耳消息人士指出,胶粘剂技术对于PC全景屋顶等应用至关重要,因为塑料’热膨胀是钢的五倍。大客户经理Frank Schiemann表示,合适的弹性粘合剂及其应用位置是允许塑料生长和收缩的关键。

Exatec说,全景车顶是PC玻璃窗的高端市场,预计今年将在德国汽车制造商和日本于2007年出现。’s Kaiser.

 

两组分机

三家机械供应商已将其设备和工艺技术投入使用或计划用于PC玻璃工程,第四家将在NPE上公开其技术。每个机械供应商对于压印(注射-压缩)过程都有不同的概念。变化包括通过移动机器压板或移动与压板移动无关的模具部分进行压印。

恩格尔’Kralicek说,Duo Combimelt Glazemelt模型现在具有改进的注射压缩能力,可提供更高的光学质量。“我们的压缩工艺可以适应具有较小或较大压印间隙的零件。为一个“long coining”在填充开始时,工具间隙打开,在压铸/压缩阶段,熔体上的压力增加,” he explains. “一个人也可以选择“short coining”方法,从注射开始时的较小间隙开始。此处,熔体在注射过程中处于较高压力下,随后在压铸过程中处于较低压力下,” says Kralicek. The selection of one process over another is determined by part parameters. 恩格尔’Glazemelt的控件的响应时间为6毫秒,±25-micron resolution to maintain tool parallelism. 恩格尔 will show newly developed Glazemelt technology at NPE. 恩格尔’迄今为止最大的Glazemelt压力机是一台2530吨的Duo Combimelt Glazemelt装置,可模制最大1.8平方米(19.4平方英尺)的零件。 Glazemelt技术可用于压力高达4400吨的压力机。

2000年,克劳斯-玛菲(Krauss-Maffei)推出了自己的Spinform系列,该系列包括带有滑动中央旋转压纸卷筒的MC系列两压纸卷筒机。两板式生产线已经过重新设计,现在称为MX生产线。 MX Spinform系统的最大重量为4400吨。该钳位具有5毫秒响应的主动并行控制。

除标准注射压缩外,克劳斯玛菲还采用了“膨胀-压缩”技术。该过程开始于在注射开始时模具完全闭合,然后在零件填充时通过移动模具部分来扩大型腔。首先,将型腔完全充满,然后在注入额外的熔体的情况下在受控压力下扩大型腔。在预定点,关闭浇口,并施加压力以补偿塑料的收缩,就像在大面积上分布的保压一样。该技术需要非常仔细的监视和控制夹紧行程。据报道,该措施的好处是它可以解决标准注塑成型中出现的喷射现象。

去年,Battenfeld创建了Wendi压板,这是一种旋转堆叠概念,可以在一台机器上进行两组分成型。该系统与Battenfeld一起运行’s HM two-platen series, which features its Vector Force Control module (VFC) for platen parallelism. Battenfeld also teamed up with moldmaker 萨默, which has created new tooling designs for auto glazing (see below).

巴滕菲德的全部’Berthold说,当前和将来的自动玻璃应用将使用Wendi压板方法。该公司在其位于德国Meinerzhagen的实验室中拥有1430吨重的Wendi压板装置,该装置将被转移到位于奥地利Kottingbrunn的世界总部附近的新工厂。该公司还建造了两台采用IMPmore技术的2970吨重的文迪纸机,其中一台是最近安装在Freeglass上的。

赫斯基(Husky)正在其卢森堡技术中心为其新型Quadloc串联指数(QTI)机器开发多材料玻璃应用。这台两板式机器的中心堆栈可旋转180°在水平轴上的垂直方向,以允许使用常规工具同时模制第一和第二组件。

 

 

工具概念

萨默 developed the In-Mold Pressing (IMPmore) process together with Battenfeld. It uses an articulated mold with a tilting top half that pools the melt under low pressure and then squeezes the melt down into the rest of the cavity. A row of retractable hydraulic cylinders extends toward the other mold half to provide counterpressure during initial injection. The cylinders retract to a flush position during the compression stage.

萨默’s IMPmore工具可与Battenfeld以外的其他压力机一起使用—for example, Krauss-Maffei has two projects using this technology. In addition, 萨默 has developed “先进的平行压缩成型”适用于最大面积为1平方米(10.75平方英尺)的零件。此外,其闸门密封技术使用特殊的滑阀直接浇铸零件。“滑阀的功能类似于针阀,但这种设计消除了零件上出现黑斑的可能性,”项目负责人杰拉尔德·伯纳(Gerald Birner)说。

他说,针头的问题是针头和衬套之间的配合不完善会产生或保留降解的材料。相反,Summerer在模具内的喷嘴和型腔之间使用了一个液压驱动杆。的“slider bar”有一个特殊的S形通道切入其中。当滑块处于成型位置时,熔体流入型腔,从一侧的底部进入,并在另一端的顶部离开。与熔体进入点相对的通道中的凹槽会捕获上次注射的冷块或斑点。模具填充完成后,滑块移至空转位置,关闭型腔,并进行压缩。这允许通道中的残留熔体冷却。然后,滑块将移动到顶出位置,在此位置,从模具顶出零件的同时,冷顶料被顶出器推出。该系统是为自动玻璃开发的。与IMPmore中的倾斜工具设计相同。

MeltSealing is another technology from 萨默 for glazing applications. It allows production of flash-free edges with smooth radii, even in combination with in-mold film laminating.

INglass还开发了用于注射压缩的工具技术。“压缩步骤由机器执行。但是,工具本身正在主动控制型腔压力和工具板之间的平行度,”博斯科说。 INglass还开发了具有级联控制的顺序直接浇口系统,以提供低剪切,低应力和​​无目击线。

另一家活跃于玻璃的德国模具制造商是位于利希滕费尔斯的Hofmann Werkzeugbau GmbH。它在Freeglass上制造了用于智能汽车玻璃应用的模具。

市场经理Michael Schiele表示,Mold-Masters通过使用更大的熔化通道来减少自动玻璃的应力。对于这些应用,Mold-Masters使用其Hecto尺寸的Dura喷嘴的改良版。

 

物质问题

需要特殊的PC树脂以提供比标准等级更高的透明度和冲击强度。拜耳和GE塑料已经开发出用于汽车玻璃的专用树脂。 (Freeglass也使用日本Teijin的PC。)至少70%的当前应用程序使用拜耳’据公司负责人Volhard Krause所说,’的德国汽车玻璃团队。它的模克隆2607用于最早的玻璃部件之一,即Smart汽车全景车顶的前部。 2004年,拜耳推出了模克隆AG-2677牌号,该牌号提高了光学纯度,并兼顾了车顶模块等大型零件所需的高流动性和良好的抗冲击性。

GE’Lexan GLX是该产品的新产品,该产品首次在微型车的全景车顶上使用。三面板车顶出现在ASC TriLite上,TriLite是由特种车辆公司ASC设计的改良版Toyota Solara。公司,密歇根州索斯盖特

通用电气Derek Buckmaster’车身面板和玻璃的全球市场总监指出,GE Plastics正在开展R&在荷兰Bergen op Zoom的塑料全球应用技术中心的Krauss-Maffei MX注塑压机上进行大型玻璃和面板的应用。另外,GE’位于上海的应用程序开发中心还将与赫斯基合作对玻璃和车身板进行研究。

拜耳和GE都刚刚推出了全新的红外阻隔等级,旨在减少通过全景屋顶的热流。拜耳表示,与标准颜色相比,其吸收红外光的透明色可以将红外透射率降低多达50%。

在这种应用中,涂层与基础材料一样重要。聚硅氧烷涂层的化学性质与用于前照灯透镜的涂层相似,但经过升级可提高性能。

Exatec’的最新产品是特殊的湿涂和等离子硬涂系统,有两种版本。 Kaiser说,它的Exatec 900系统是针对普通玻璃应用的,而其最新的900VT(车辆顶部)系统是去年9月推出的,专门用于全景屋顶。通过仅在零件内部而不是两侧都涂一层硬涂层,可以节省大量成本。

900系列是一个系统,包括PC基材(来自Bayer或GE),水性粘合促进剂(Exatec SHP 9X),十年的专有耐候层(Exatec SHX),抗紫外线保护层和保护层。玻璃状等离子体增强化学气相沉积(PECVD)硬涂层。 Kaiser说,900型系统通过了泰伯磨损测试,雾度保持在2%以下。

Exatec还提供适用于PC玻璃系统的2D和3D打印技术,并开发了将面板连接到车辆结构的粘合方法。凯撒(Kaiser)期望在2008年看到第一辆Exatec车上路’新的等离子涂层解决方案。“不会是屋顶” he adds.

另一涂料供应商Schott HiCotec最初开发了用于玻璃的等离子脉冲化学气相沉积(PICVD)技术,但现在已转移到塑料中。面临的挑战是开发一种方法来应用几种不同的功能性涂层,从而在一次操作中增加抗划伤性并减少反射和灰尘吸收。

游侠’s Organikglass division has developed a flow-coating line designed to eliminate waste that can plague standard lines. Terragni says this new capability combined with its know-how in producing vehicle panel structures is moving 游侠 Group toward supplying complete modular roofing or door systems. He foresees that parts like a rear panel with a windshield wiper could need a harder coating than is provided by 游侠’目前的技术。他推测可能需要等离子硬涂层。

涂层可能不足以允许PC进入可移动侧窗。门板将需要重新设计,以消除可能引起划痕的金属部件。

 

什么样的未来?

涂层技术的未来发展可能会增加玻璃部件的强度,或者可能包含电致变色元件,使驾驶员可以控制进入车辆的光量。

另一方面,机械供应商报告说,有一种猜测可能是,第二种包覆成型的热塑性树脂成分(例如丙烯酸(PMMA))可能会完全取代涂料。 “其背后的想法是,使用第二种成分(例如PMMA)代替硬质涂层将使模塑商可以直接从模具中生产出完全精加工的零件,”Krauss-Maffei的应用技术主管Bernd Klotz说。“这种方法将消除下游涂层,并减少零件处理过程中产生废料的机会。第二组分可以以与涂层相同的成本被施加在聚碳酸酯上的相对薄的层中。”但是,在低压下PC和PMMA的粘接是一个尚未解决的问题。

其他途径可能包括硬涂层的PC,然后用TPE包覆成型。 FreeGlass说,它正在使用这种方法来制作带有环绕的窗户。 TPE对PC具有天然的附着力,因此无需事先清洁或上底漆。

 

 

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