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汽車塑料燃油箱多層共擠中空成型技術(shù)
與金屬燃油箱比較，塑料油箱具有多種優(yōu)點，如質(zhì)量輕、形狀自由度大、研制周期短、費用低、方便汽車設(shè)計制造與改型、安全可靠性高、耐沖擊、耐腐蝕、不爆炸等。 由于汽油化學(xué)分子結(jié)構(gòu)與HDPE類似，根據(jù)相似相容原理，其有效成份會濕潤HDPE油箱表面，逐漸擴(kuò)散到容器內(nèi)部并滲透到外界而氣化損失掉，這是HDPE燃油箱的缺點。隨著汽車工業(yè)技術(shù)的發(fā)展、環(huán)保與安全要求的不斷提高，各國對塑料燃油箱阻滲性能的要求越來越高，高阻滲性已成為當(dāng)今汽車塑料燃油箱的發(fā)展趨勢。 提高汽車塑料燃油箱阻滲性主要有三種方法：氟化處理、層狀摻混和多層共擠。由于氟化處理中氟氣需要回收處理，有一系列的環(huán)保問題。層狀摻混技術(shù)在實際的生產(chǎn)操作時，對擠出機(jī)螺桿混煉性能要適度，非常難以把握；并且層狀摻混塑料燃油箱的機(jī)械性能低，阻滲性相對較差而且不太穩(wěn)定。比較之下，用多層共擠方法生產(chǎn)具有阻滲性汽車塑料燃油箱成為第一選擇。從國內(nèi)近幾年新投用的汽車塑料燃油箱成型設(shè)備來看，多層共擠中空機(jī)占絕大多數(shù)也可證實這一點。 多層共擠中空機(jī)系統(tǒng)組成 用于汽車多層塑料燃油箱成型的多層共擠中空機(jī)與用于單層塑料燃油箱成型的儲料式中空機(jī)所不同的是擠出系統(tǒng)和機(jī)頭。多層共擠中空機(jī)機(jī)頭及型坯的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，其型坯共有六層。從外分別是焊接層、回收料層、粘結(jié)層、阻隔層、粘結(jié)層、內(nèi)層。 大型中空機(jī)從開始到現(xiàn)在，其基本構(gòu)成并無多大變化，一般包括：擠出機(jī)、機(jī)頭、合模裝置、吹脹裝置、制品取出裝置、液壓站、電控系統(tǒng)。一般的外輔設(shè)備還包括：混送料系統(tǒng)、余料粉碎回收系統(tǒng)等。 大型中空機(jī)按其擠出型坯的方式可分為儲料式和連續(xù)擠出式，而按型坯的結(jié)構(gòu)又可分為單層或多層。目前，國內(nèi)的200雙L全塑工業(yè)桶絕大多數(shù)采用單層儲料式中空機(jī)吹制。市場對汽車燃油箱阻滲性能的要求越來越高，單層塑料燃油箱將逐步被淘汰，取而代之的是多層塑料燃油箱。相應(yīng)地，多層中空機(jī)組在塑料吹塑汽車燃油箱的成型設(shè)備所占的份額日益擴(kuò)大。 多層共擠中空機(jī)頭及型坯的典型結(jié)構(gòu)擠出系統(tǒng) 多層塑料燃油箱中空機(jī)一般有六臺擠出機(jī)，分別塑化擠出每一層。其中內(nèi)層、焊接層為主料，與單層燃油箱所用的原料相同。阻隔層為EVOH或PA6/66。常用的牌號：EVOH為EVAL F101A、Soarnol DT2903（Nippon Gohsei）；PA6/66為Ultramid C35（BASF）、Durethan C38（Bayer）；粘結(jié)層為馬來酸酐接枝改性的LDPE或HDPE，常用的牌號為Admer GT-5A（Mitsui）、Bynel4006（Du Pont）等；回收料層所用的是型坯的料頭及廢制品的粉碎料，含以上成份。 圖2 JEW公司擠出機(jī)螺桿頭部設(shè)計的混煉元件多層塑料燃油箱中各層的厚度比例由擠出系統(tǒng)控制。各擠出機(jī)穩(wěn)定的擠出性能是實現(xiàn)這一目標(biāo)的基礎(chǔ)，所以內(nèi)層、焊接層、回收料層、粘結(jié)層都必須采用IKV結(jié)構(gòu)的擠出機(jī)，失重式加料系統(tǒng)也廣泛采用。容易被忽視的方面是回收料粉碎狀態(tài)。如果粉碎不均勻，該層的擠出壓力會波動很大，進(jìn)而影響到各層的比例關(guān)系。所以，回收料往往被單獨造粒再加以使用。 回收料層中有多種原料成份，該層擠出機(jī)要有很好的混煉能力，使得EVOH或PA6/66在HDPE中以小于0.02mm的微粒狀態(tài)均勻分布。多種混煉器因此被使用。靜態(tài)混煉器、新型的拉伸混煉器等被放置在擠出機(jī)與機(jī)頭之間。JEW公司在擠出機(jī)螺桿頭部設(shè)計了如圖2所示的混煉元件。 機(jī)頭 連續(xù)擠出式多層共擠機(jī)頭，其各層流道均勻擠出顯得尤為重要。流道設(shè)計多采用螺旋型流道設(shè)計。螺旋流道的優(yōu)點是無論是單層還是多層，各層在圓周方向均不會出現(xiàn)明顯的熔合縫區(qū)。但其主要問題是隨著層數(shù)的增多，對中空機(jī)而言，由于空間上的限制，螺旋流道的設(shè)計會變得異常困難，因此，在較多層數(shù)的情況下，也采用心形包絡(luò)流道設(shè)計，但各層熔合縫區(qū)需錯開分布。 隨著技術(shù)發(fā)展，機(jī)頭流道的設(shè)計，也實現(xiàn)了計算機(jī)仿真模擬。大型的、專門用于模頭設(shè)計的2D、3D、CAE軟件已經(jīng)出現(xiàn)。秦川集團(tuán)開發(fā)的六層共擠大型機(jī)頭及1000L儲料機(jī)頭中，就引進(jìn)了Futuresoft公司的大型計算機(jī)設(shè)計分析軟件FLOW2000，該軟件包括了從2D流動、3D流動、螺旋流道、心形包絡(luò)流道，共擠流動等多種分析，能模擬顯示熔體在流道內(nèi)流動時各處的溫度分布、壓力分布、剪應(yīng)力分布、流率分布、滯留時間，并可據(jù)此對流道的設(shè)計進(jìn)行指導(dǎo)，尋求最佳方案。采用大型分析軟件，不但解決了過去許多無法進(jìn)行的分析計算，使得機(jī)頭設(shè)計建立在可靠的理論基礎(chǔ)之上，提高了大型機(jī)頭的設(shè)計質(zhì)量，減少了設(shè)計風(fēng)險。應(yīng)該說，此類大型軟件的出現(xiàn)，是機(jī)頭、口模設(shè)計制造領(lǐng)域內(nèi)最重要的技術(shù)進(jìn)展。 型坯壁厚控制 中空機(jī)機(jī)頭的型坯壁厚控制是一項關(guān)鍵技術(shù)。型坯壁厚控制分為軸向控制（AWDS）和徑向控制（PWDS）兩種形式。目前的大型中空機(jī)上一般都具有軸向型坯控制功能，其控制點從24點到256點不同，軸向壁厚控制的作用是使得注出的料坯根據(jù)制品不同的吹脹比沿軸向獲得不同的厚度，從而基本保證最終制品有比較均勻的壁厚分布，它是通過芯模預(yù)設(shè)的位置作軸向運動而改變模頭的開口量來達(dá)到改變坯厚的目的。 軸向壁厚控制雖能改善制品的壁厚分布，但由于其排出的型坯在水平截面內(nèi)仍呈等厚圓形，對部分在某一對稱方向有較大拉伸要求的制品則顯得仍不是最佳，因此產(chǎn)生了徑向壁厚控制技術(shù)。徑向控制技術(shù)可以使擠出的型坯在某要求的區(qū)段內(nèi)呈非圓截面的變化（一般為橢圓或菱圓）。軸向壁厚控制與徑向壁厚控制的聯(lián)合作用，可獲得最佳的型坯，亦可獲得更為理想的制品壁厚分布。 徑向壁厚控制技術(shù)發(fā)展到今天，基本上形成了兩種典型的設(shè)計，一種被稱為撓性環(huán)式，一種為口緣修形式。撓性環(huán)式是通過電液伺服控制薄壁撓性環(huán)在一個或兩個對稱方向上的變形來改變擠出型坯的厚度。它的特點是無論吹制什么形狀的制品，只要其口模直徑不變，則徑向控制都能發(fā)揮作用。該結(jié)構(gòu)存在的主要問題是撓性環(huán)的疲勞壽命有限，容易發(fā)生損壞，且更換制作一副新的撓性環(huán)零件價格昂貴。口緣修形式改變型坯壁厚是靠修形口環(huán)的上下移動來實現(xiàn)的。與撓性環(huán)結(jié)構(gòu)相比，它最大的優(yōu)點是使用壽命長，而且一旦需要更換，有基本機(jī)加工能力的工注塑件加工即可承擔(dān)。在有的設(shè)計中，口環(huán)的修緣部分做成活塊嵌入式，方便了更換，減少更換時的成本。英國一家公司擁有這項技術(shù)的專利權(quán)。 徑向壁厚控制技術(shù)對于提高大型中空制品的質(zhì)量無疑是一個有效的方法，同時它還能在保證質(zhì)量的同時，減輕制品的質(zhì)量。但是加一套大型的徑向壁厚控制裝置的附加費用也是較高的，以SIG公司的報價為例，配一套帶兩個伺服油缸的Φ220mm直徑撓性環(huán)式徑向控制器，其報價為20余萬德國馬克。高昂的費用，限制了用戶廣泛選用徑向壁厚控制器，尤其是大型中空機(jī)的用戶。對于1000L以上的中空機(jī)，由于制造上的困難，設(shè)備制造注塑件加工家一般也不提供徑向壁厚控制裝置的設(shè)備選項。 作為一種替代，許多用戶為了彌補(bǔ)缺少徑向控制裝置的不足，采取一種簡單但也是行之有效的方法，即芯模修形法。其具體作法是在具有軸向壁厚控制功能的機(jī)頭上，對其芯模的特定位置進(jìn)行修形，從而在軸向控制的同時，近似獲得在徑向上壁厚的非圓變化量。當(dāng)然，這種修形需要有一定的經(jīng)驗，應(yīng)具體分析制品的情況，從而確定修形的位置、方位、修形量以及修形的形狀，一般修形時要注意嚴(yán)格的對稱。 大型中空機(jī)還可用于多種產(chǎn)品的生產(chǎn)，如戶外的中空桌椅、可拆卸使用的中空周轉(zhuǎn)箱、高速公路中間隔離板等。汽車上的一些零件也可采用中空吹塑的方法制作，如座椅、通風(fēng)管、擾流板、塑料燃油箱加油管等。以上制品都采用儲料式中空機(jī)制作。如果對燃油箱阻滲性有要求，則塑料燃油箱加油管也會采用多層共擠中空機(jī)成型。
