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[摘 要]本文以某车门护板的开发过程为例，探讨微发泡注塑技术在门护板总成上的应用研究。该技术减轻了产品质量，加快了注塑的节拍，降低注塑模的锁模力，在实现零件轻量化的同时，提升生产效率，节约能耗，对于汽车内饰件的设计和工艺选择具有一定的参考价值。
[关键词]乘用车 门护板 微发泡注塑 轻量化
中图分类号：TM855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）07-0121-01
Study on Light weight of door Protective Board using Micro-foaming injection Molding Technology
Zheng Zhiteng， Sun Liqiang
（R&D Center of Great Wall Motor Company，Automotive Engineering Techical Center of Hebei，baoding 071000）
[Abstract]taking the development process of a door guard as an example， the application of micro-foaming injection molding technology in door panel assembly is discussed. The technology reduces product quality， accelerates the rhythm of injection molding， reduces the locking force of injection mould， improves the production efficiency and saves energy consumption while realizing the lightweight of parts. It has certain reference value for the design and process selection of automobile interior parts.
[Key words]micro foaming injection molding lightweight of passenger car door guard
1、前言
目前各大车企面临巨大的降油耗压力，整车轻量化的目标需要通过分解到整车各子系统来实现。而对于内饰系统来说，塑料件占80%以上，因此内饰零件的轻量化对于注塑工艺技术的需求迫在眉睫，微发泡注塑成型技术应运而生。
2、微发泡注塑技术
微发泡注塑是指以热塑性材料为基体，通过特殊的加工工艺，使成型后制品中间层密布尺寸从十到几十微米的封闭微孔。微发泡后的零件表层是未发泡的实体层，这是由于模具温度较低，表面树脂冷却迅速，细胞核没有成长的时间，所以还是未发泡的实体[1]。因此该技术与常规注塑相比较，特别适合应用在表面有装饰材质的内饰零件上。
3、微发泡注塑门护板的设计和制造
3.1 基于微发泡注塑工艺的门护板设计
3.1.1 原材料确定。传统的汽车门护板骨架多用改性聚丙烯材料或者丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物来做为原材料，改性PP材料材质较软，流动性强，成形性好，适用于表面无包覆的轿车门护板骨架。一般来说，为了提升门护板零件的刚度，需在改性PP母料里添加10%～20%滑石粉来改性；为了提升门护板总成表面的触感则在改性PP 母料里添加 EPDM 橡胶来改性。但是改性 PP材料的亲油性强，不适合需要进行喷胶粘接表皮包覆的汽车门护板。而 ABS 材料刚度好，成型稳定性好，适用于皮革包覆的门护板，但ABS材料成本较改性PP材料略高。根据两种原材料的特点，由于该车型门护板骨架表面采用皮革包覆，因此确定骨架的原材料采用ABS，便于保证皮革喷胶粘接的粘接强度。
3.1.2 骨架基本料厚与加强筋壁厚设计。基于上述微发泡注塑技术的原理，由于在注塑过程中添加氮气，使注塑材料的特性改变，微发泡注塑过程中 ABS 材料与氮气共同形成单项溶体，使原材料特性发生变化，流动性加强；因此，采用微发泡注塑工艺的产品，其基本料厚在相同零件强度的前提下可以设计的更薄。而如果只考虑成型完整性，那么采用该工艺的产品基本料厚最薄可以设计为0.3～0.4 mm。与此同时，加强筋壁厚可以设计的更厚，使加强筋壁厚与产品基本料厚的比例达到1∶1，这就使加强筋在满足产品所需强度的同时产品表面却不产生缩痕。对于该门护板骨架，在设计验证阶段采用原普通注塑工艺生产。骨架基本料厚设计为2.5 mm，加强筋厚度设计为小于基本料厚的40%，即为1 mm。而在正式生产阶段更改为微发泡注塑工艺，骨架的基本壁厚设计为2 mm，加强筋、焊柱等结构的基本料厚也为2 mm，从而在确保的卡扣座的强度和焊柱的强度的前提下，降低骨架基本料厚的设计值，同时表面也不会产生塑痕，从而降低骨架重量。
3.2 微发泡门护板的注塑工艺过程
该车型门护板骨架采用微发泡注塑的工艺过程如下。
a.將氮气通过气体控制器注入注塑机螺杆；b.通过注塑机螺杆在高温高压环境下的搅拌使氮气与注塑料充分混合，使其形成单项溶体；c.单相溶体在注塑机喷嘴打开时注入注塑模具，由于模具中压力低，氮气泡在压力释放条件下长大，从而形成微孔结构的注塑件，形成微发泡注塑的门护板骨架。
3.3 门护板总成装配流程
微发泡注塑工艺门护板骨架与阴模吸塑成型的门护板表皮共同放进发泡模具进行闭模发泡，形成门护板主饰板；然后对主饰板进行冲孔，再与门护板上饰板、中饰板以及地图袋等零件预装后进行焊接，形成门护板焊接总成；最后，卡接装配装饰条、氛围灯以及玻璃升降器开关等零件，形成门护板装配总成。
4、微发泡注塑门护板的试验验证
4.1 温度存放试验
对门护板总成进行温度存放试验，验证门护板总成在环境温度变化的过程中与车门钣金匹配时的间隙变化情况。该试验分成三个存放条件，在试验条件下进行30个冷热循环存放试验，再对试验后的门护板总成进行7天90 ℃的高温老化存放（HAT）试验，再在 40 ℃条件下存放 21 天试验。同时测量每一个存放条件后的测试点间隙值，测试结果如表1所示，测量变化值满足企标要求，试验合格。
表1
4.2 刚性试验
对门护板总成进行刚性试验，检验其在通过给定的测试力后是否可以保证总成的稳定性。该试验通过使用Φ60 mm的夹头对测试点施加0～150 N范围的力，并每50 N的整数倍时测量该点的位移，在规定范围内即为合格。测量值如表2所示，测量曲线如图1所示，满足企业标准要求，试验合格。
综上所述，采用微发泡注塑工艺生产的门护板骨架在设计优化后满足门护板总成相关企业标准的性能要求，可以代替传统注塑门护板骨架在门护板系统中使用。
5、结语
微发泡注塑主要是依靠氮气气泡在压力释放的条件下长大在注塑件中形成气泡样的空腔，因此采用其工艺生产的注塑件密度要低于采用普通注塑工艺生产的注塑件。同时，由于微发泡注塑不需要传统注塑过程中的不断保压，因此成型后的注塑件内应力小，因此不易产生表面缺陷。再次，注塑料与氮气充分搅拌后增强了注塑材料的流动性，填充速度加快，缩短了注塑周期。
参考文献
[1]微发泡注塑成型及可微发泡注塑材料[J].塑料工业，2017，45（04）：69.
[2]罗付生.聚合物微发泡成型新技术[J].新技术新工艺，2009（03）：103-105.
[关键词]乘用车 门护板 微发泡注塑 轻量化
中图分类号：TM855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）07-0121-01
Study on Light weight of door Protective Board using Micro-foaming injection Molding Technology
Zheng Zhiteng， Sun Liqiang
（R&D Center of Great Wall Motor Company，Automotive Engineering Techical Center of Hebei，baoding 071000）
[Abstract]taking the development process of a door guard as an example， the application of micro-foaming injection molding technology in door panel assembly is discussed. The technology reduces product quality， accelerates the rhythm of injection molding， reduces the locking force of injection mould， improves the production efficiency and saves energy consumption while realizing the lightweight of parts. It has certain reference value for the design and process selection of automobile interior parts.
[Key words]micro foaming injection molding lightweight of passenger car door guard
1、前言
目前各大车企面临巨大的降油耗压力，整车轻量化的目标需要通过分解到整车各子系统来实现。而对于内饰系统来说，塑料件占80%以上，因此内饰零件的轻量化对于注塑工艺技术的需求迫在眉睫，微发泡注塑成型技术应运而生。
2、微发泡注塑技术
微发泡注塑是指以热塑性材料为基体，通过特殊的加工工艺，使成型后制品中间层密布尺寸从十到几十微米的封闭微孔。微发泡后的零件表层是未发泡的实体层，这是由于模具温度较低，表面树脂冷却迅速，细胞核没有成长的时间，所以还是未发泡的实体[1]。因此该技术与常规注塑相比较，特别适合应用在表面有装饰材质的内饰零件上。
3、微发泡注塑门护板的设计和制造
3.1 基于微发泡注塑工艺的门护板设计
3.1.1 原材料确定。传统的汽车门护板骨架多用改性聚丙烯材料或者丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物来做为原材料，改性PP材料材质较软，流动性强，成形性好，适用于表面无包覆的轿车门护板骨架。一般来说，为了提升门护板零件的刚度，需在改性PP母料里添加10%～20%滑石粉来改性；为了提升门护板总成表面的触感则在改性PP 母料里添加 EPDM 橡胶来改性。但是改性 PP材料的亲油性强，不适合需要进行喷胶粘接表皮包覆的汽车门护板。而 ABS 材料刚度好，成型稳定性好，适用于皮革包覆的门护板，但ABS材料成本较改性PP材料略高。根据两种原材料的特点，由于该车型门护板骨架表面采用皮革包覆，因此确定骨架的原材料采用ABS，便于保证皮革喷胶粘接的粘接强度。
3.1.2 骨架基本料厚与加强筋壁厚设计。基于上述微发泡注塑技术的原理，由于在注塑过程中添加氮气，使注塑材料的特性改变，微发泡注塑过程中 ABS 材料与氮气共同形成单项溶体，使原材料特性发生变化，流动性加强；因此，采用微发泡注塑工艺的产品，其基本料厚在相同零件强度的前提下可以设计的更薄。而如果只考虑成型完整性，那么采用该工艺的产品基本料厚最薄可以设计为0.3～0.4 mm。与此同时，加强筋壁厚可以设计的更厚，使加强筋壁厚与产品基本料厚的比例达到1∶1，这就使加强筋在满足产品所需强度的同时产品表面却不产生缩痕。对于该门护板骨架，在设计验证阶段采用原普通注塑工艺生产。骨架基本料厚设计为2.5 mm，加强筋厚度设计为小于基本料厚的40%，即为1 mm。而在正式生产阶段更改为微发泡注塑工艺，骨架的基本壁厚设计为2 mm，加强筋、焊柱等结构的基本料厚也为2 mm，从而在确保的卡扣座的强度和焊柱的强度的前提下，降低骨架基本料厚的设计值，同时表面也不会产生塑痕，从而降低骨架重量。
3.2 微发泡门护板的注塑工艺过程
该车型门护板骨架采用微发泡注塑的工艺过程如下。
a.將氮气通过气体控制器注入注塑机螺杆；b.通过注塑机螺杆在高温高压环境下的搅拌使氮气与注塑料充分混合，使其形成单项溶体；c.单相溶体在注塑机喷嘴打开时注入注塑模具，由于模具中压力低，氮气泡在压力释放条件下长大，从而形成微孔结构的注塑件，形成微发泡注塑的门护板骨架。
3.3 门护板总成装配流程
微发泡注塑工艺门护板骨架与阴模吸塑成型的门护板表皮共同放进发泡模具进行闭模发泡，形成门护板主饰板；然后对主饰板进行冲孔，再与门护板上饰板、中饰板以及地图袋等零件预装后进行焊接，形成门护板焊接总成；最后，卡接装配装饰条、氛围灯以及玻璃升降器开关等零件，形成门护板装配总成。
4、微发泡注塑门护板的试验验证
4.1 温度存放试验
对门护板总成进行温度存放试验，验证门护板总成在环境温度变化的过程中与车门钣金匹配时的间隙变化情况。该试验分成三个存放条件，在试验条件下进行30个冷热循环存放试验，再对试验后的门护板总成进行7天90 ℃的高温老化存放（HAT）试验，再在 40 ℃条件下存放 21 天试验。同时测量每一个存放条件后的测试点间隙值，测试结果如表1所示，测量变化值满足企标要求，试验合格。
表1
4.2 刚性试验
对门护板总成进行刚性试验，检验其在通过给定的测试力后是否可以保证总成的稳定性。该试验通过使用Φ60 mm的夹头对测试点施加0～150 N范围的力，并每50 N的整数倍时测量该点的位移，在规定范围内即为合格。测量值如表2所示，测量曲线如图1所示，满足企业标准要求，试验合格。
综上所述，采用微发泡注塑工艺生产的门护板骨架在设计优化后满足门护板总成相关企业标准的性能要求，可以代替传统注塑门护板骨架在门护板系统中使用。
5、结语
微发泡注塑主要是依靠氮气气泡在压力释放的条件下长大在注塑件中形成气泡样的空腔，因此采用其工艺生产的注塑件密度要低于采用普通注塑工艺生产的注塑件。同时，由于微发泡注塑不需要传统注塑过程中的不断保压，因此成型后的注塑件内应力小，因此不易产生表面缺陷。再次，注塑料与氮气充分搅拌后增强了注塑材料的流动性，填充速度加快，缩短了注塑周期。
参考文献
[1]微发泡注塑成型及可微发泡注塑材料[J].塑料工业，2017，45（04）：69.
[2]罗付生.聚合物微发泡成型新技术[J].新技术新工艺，2009（03）：103-105.