汽車模內(nèi)鑲件注塑成型(IMD)技術(shù)

1、汽車模內(nèi)鑲件注塑成型（IMD）技術(shù)塑料加工商們正在將可成型彩色薄膜視為一個經(jīng)濟、耐用、環(huán)境友好的裝飾手段，它可使零件在脫模時即已完成裝飾。模內(nèi)鑲件注塑成型（IMD）技術(shù)，利用的就是這種可成型薄膜，可替代傳統(tǒng)的、在零件脫模后采用的涂漆、印刷、熱模鍛、鍍鉻工藝。該技術(shù)的首次成功應(yīng)用是制成了一些小型的、相對較平的汽車內(nèi)外飾零部件和手機零件。今天， IMD 技術(shù)有了更進一步的發(fā)展，可以制成更大的三維零件，例如整個儀表板、汽車保險杠、托板、汽車頂蓋，甚至汽車、卡車的發(fā)動機罩。據(jù)說，第一個實現(xiàn)商業(yè)化的、無需涂漆的水平車身板已經(jīng)應(yīng)用在Smart 雙座敞篷轎車上了。IMD 技術(shù)可節(jié)省再加工的費用，這對汽車工業(yè)

2、極具誘惑力。GE Plastics 的 Lexan SLX（ 一種聚碳酸酯共聚物）車身零件生產(chǎn)經(jīng)理Venkata-krishnan Umamaheswaran 說： “汽車上最貴的就是油漆了， 涂漆生產(chǎn)線是汽車裝配車間最大的投資，會占據(jù)車間一半的地面空間，而且一年內(nèi)會產(chǎn)生1500 多噸 VOCs（ 揮發(fā)性有機物）。 ”IMD 技術(shù)的優(yōu)勢還包括：邊角料產(chǎn)率低；可在同一地點完成零件的成型和裝飾；回收性更好。 IMD 技術(shù)可獲得A 級表面，且無流痕，更不會像流痕那樣造成“模內(nèi)駐色 ”。但是如果零件本身就有很多孔，必須在脫模后進行裝飾，那么 IMD 技術(shù)的經(jīng)濟效益則會大打折扣。IMD 技術(shù)的倡導(dǎo)者們宣

3、稱：利用最新一代的可成型薄膜制成的車身板，具有與涂漆金屬板相媲美的甚至更高的抗劃傷性和抗沖擊性。但是，假設(shè)汽車制造商們對涂漆生產(chǎn)線仍然施以巨額投資，則IMD 在近期內(nèi)還是無望完全取代涂漆工藝。不過，工業(yè)觀察家們相信：在美國，今后即使有投資，也很少會出現(xiàn)建造大型涂漆生產(chǎn)線的情況。IMD 技術(shù)首先將一塊已經(jīng)被印刷、涂覆或染色過的塑料薄板經(jīng)沖切成坯料后，熱成型成最終產(chǎn)品的形狀。修正后，把它放入注射腔內(nèi)，從型腔后面注入一種與其相容的基體材料，最后得到成品。 成品的表面可以是純色的，也可具有金屬外觀或木紋效果，還可印有圖形符號。最近， IMD 技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)超越了注射成型。薄膜嵌入物正在被用在熱塑性塑料

4、或聚氨酯復(fù)合物基體材料上面。此外， TSF 技術(shù)，即厚板成型技術(shù)（ 一種將薄膜裝飾復(fù)合板直接熱成型為成品零件的技術(shù) ），作為另一種新興技術(shù)，也在制造大型零件，例如卡車保險杠、搖板、座后置物板等。IMD 技術(shù)起源于在膠片印刷術(shù)和絲網(wǎng)印刷術(shù)中所使用的薄膜，可在儀表盤上標(biāo)記刻度和圖案。其中，印刷層可以作零件的基體材料），也可作 “第二面 ”（ 薄膜層油墨層基體材料這種薄膜可模擬木紋效果，“第一面 ”（ 油墨層薄膜層）。后者情況下，薄膜層必須透明， 否則會遮住印刷層。薄膜層的作用是將印刷層密封起來，使其更加耐久。為了避免后注射時熱和剪切對印刷層的破壞，還可以在印刷層的另外一面加上一層薄膜（薄膜層油墨層

5、薄膜層基體材料 ）。另外一個保護印刷層的辦法是：將薄膜放到模芯上，利用透明樹脂對其重疊注塑。據(jù)說，這樣可使成品的表面看起來非常光澤，還有一種潤濕感。IMD 技術(shù)正在逐步應(yīng)用于大型三維汽車內(nèi)外飾零部件的制造，其中的一個方向是利用無漆薄膜來獲得單純色、金屬拋光效果、亮鍍鉻效果。薄膜上涂覆了類油漆層，使其具有了熱成型時所需的可拉伸性。還有一類更新穎的應(yīng)用于汽車三維零件的薄膜結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是通過共擠出得到的，外面是透明層， 里面是受保護的有色層。 這種結(jié)構(gòu)的支持者們說： 有色層與那些無漆薄膜上的類油漆層比較，可能更適合于熱成型復(fù)雜的深沖壓零件。IMD產(chǎn)品的耐候性IMD 技術(shù)發(fā)展的前沿領(lǐng)域是制造A 級抗

6、寒耐熱汽車外飾面，用在汽車、重型卡車上。目前有 6 家廠商提供IMD 可成型薄膜，其中5 家已可提供抗寒耐熱的產(chǎn)品，剩下的1 家尚在研究之中。1 ） Avery Dennison 公司提供 “Avloy Dry Paint 型”可成型薄膜， 材料為丙烯酸 /PVDF（ 聚偏氟乙烯 ），是一種有色層 /透明層式結(jié)構(gòu)。薄膜2030 mils （ 1mils= 千分之一寸 ）復(fù)合在厚一點的 ABS 或 TPO（ 熱塑性聚烯烴彈性體）底板上。厚底板的選擇依需熱成型的成品零件而定。 Avloy 薄膜制成的終飾材，可在高光澤度單純色和低光澤度單純色之間任意選擇，還可獲得金屬效果、珍珠效果、金屬拋光效果和打

7、印圖案。（ 2 ）Soliant LLC 公司提供 “Fluorex無”漆膜， 也是一種透明層 /有色層式結(jié)構(gòu)， 這種無漆膜已應(yīng)用在幾款汽車上。 材料結(jié)構(gòu)共包括四層： 頂部的透明層 （ 聚丙烯 /含氟聚合物的混合物）、有色涂層 （ 材料同透明層 ）、緊貼層（ 或粘結(jié)層）、底板層（ ABS 、TPO、PVC 或 PC ）。底板層的厚度可從 0.3 到 300 mils 。Soliant 公司制造的 Fluorex T/HR 應(yīng)用于擠出復(fù)合技術(shù)， Fluorex 2000 應(yīng)用于模內(nèi)鑲件注塑成型技術(shù)。這些薄膜可提供多種印刷樣式（包括拋光金屬外觀），應(yīng)用于汽車內(nèi)外裝飾。最新的薄膜是 Fluorex

8、Bright ，可提供一系列的亮鍍鉻效果，包括有色鉻和黑色鉻。在佛羅里達州和亞利桑那州， Fluorex Bright 已完成了一年的戶外測試。3 ） Mayco Plastic 公司制造四層 “模內(nèi)著色 ”（ MIC ） IMD 可成型薄膜。公司將這種薄膜應(yīng)用于它自己的 IMD 項目中，還計劃以卷膜、規(guī)格板材、預(yù)成型外殼等形式對外出售。此外， Mayco 還在研發(fā)厚板成型（ TSF）薄膜。該公司的 A 級亮膜是離聚物和聚丙烯的共擠出薄膜。該薄膜的上透明涂層和下有色涂層，都基于 A. Schulman 公司的新型紫外穩(wěn)定離聚物。薄膜第三層是粘結(jié)層，第四層是底板層。底板層材料可以選擇聚丙烯的均聚

9、物或共聚物、茂金屬聚丙烯或TPO。以前，MIC 薄膜曾被用在數(shù)量有限的戴姆勒-克萊斯勒2002 Dodge Neon 的前托板上。 現(xiàn)在，戴姆勒 -克萊斯勒正在安裝兩臺3000 噸注射機，準(zhǔn)備利用 IMD薄膜注射成型Neon 2004 和2005 車型的前托板和尾托板。（ 4 ） Senoplast USA 制造的共擠出三層薄膜Senotop，厚度為1 2 毫米，可應(yīng)用于 IMD或直接熱成型。頂層是PMMA透明層，緊跟著的是PMMA 有色層，底層是ASA/PC 共混物。據(jù)報道， 底層還可以是ABS 、ABS/PC 、ASA （ 丙烯腈 -丙烯酸酯 -苯乙烯 ）、ASA/PC ，PC 和 PBT

10、/PC 等。（ 5 ） GE Plastics 提供的也是共擠出薄膜。薄膜上的覆蓋層透明光亮，由新型Lexan SLX聚碳酸酯共聚物制成，這種共聚物的主鏈上有阻擋紫外線的基團。覆蓋層保護了Lexan PC制成的有色層。薄膜可以“后澆鑄 ”PC、 PC 合金或者大多數(shù)聚酯。GE 還為薄膜研發(fā)了聯(lián)結(jié)層，可使其他基體材料也能“后澆鑄 ”Lexan SLX薄膜。例如：帶有PC/ASA 聯(lián)結(jié)層的薄膜，可以粘結(jié)到玻璃纖維增強的聚氨酯基體材料上，制成Smart 跑車的車頂組件。此外，該公司正在研發(fā)具有鍍鉻感的IMD薄膜和耐高溫的、基于Ultem PEI材料的 UL94-0薄膜。（ 6 ）拜耳聚合物最近將母公

11、司和子公司（ Sheffield Plastics）進行薄膜市場銷售的合并，期望將它的 IMD 技術(shù)擴展到汽車外裝飾領(lǐng)域。高級 IMD 市場拓展專家帕特里克格里芬說：“ IMD技術(shù)在汽車外裝飾領(lǐng)域的應(yīng)用將遠遠大于其在汽車內(nèi)裝飾領(lǐng)域的應(yīng)用。”現(xiàn)在，拜耳正在研發(fā)一種可成型的涂層體系，其效果將等同于汽車涂漆。格里芬說他們目前的進度大約達到了 60。這種涂層體系將被用在拜耳的Makrofol PC 、 BayfolPC/PBT 薄膜上，而這些薄膜與 ABS 、 PC 和 PC/ABS 基體材料是相容的。不含油漆的A 級表面幾個可獲得 A 級表面的汽車外飾IMD應(yīng)用正在開展之中。Soliant，當(dāng)前 I

12、MD 應(yīng)用最多的公司，正在集中研發(fā)整個部件（例如搖板 ）的裝飾，不再強調(diào)修整。在Soliant 公司，TPO 的 IMD 應(yīng)用項目最多。 Fluorex IMD薄膜的應(yīng)用項目包括Acura 3.2 TL 搖板和車身側(cè)模塑件、 豐田 Avalon 搖板、 Cadillac Seville和 Deville A 和 B 立柱、本田 Odyssey 車身側(cè)模塑件、 Renault Laguna 上下裝飾網(wǎng)格，還有奧迪、大眾、尼桑、Maxima 、沃爾沃 S80 和 S60的車頂帶。目前，公司正致力于車頂組件的開發(fā)。此外，市場部主管John Cupstid 還看到了薄膜在保險杠托板上的潛在應(yīng)用。對于

13、Soliant 公司，將厚板直接熱成型為零件占公司生意的近50。這些零件多數(shù)較簡單且平展， 但也有一些超大型零件，例如用在 Hendrickson International 制造的 Class 58 型卡車上的新型汽配保險杠。此外，正在進行生產(chǎn)的零件還有Chevrolet Trailblazer 搖板和Chevrolet Impala 尾燈。Mayco Plastics 也在集中研發(fā)大型汽車零件，如前后托板和車身板。該公司總裁廷赫費爾說：“共擠出的MIC 薄膜也可應(yīng)用于卡車、越野車設(shè)備、 器具、家具等。共擠出的無漆薄膜，如 Soliant 的 Fluorex 和 Avery Dennison

14、 的 Avloy ，已在獲得輕金屬光澤方面取得進展。但必須承認(rèn)，共擠出薄膜仍然很難獲得金屬光澤。GE 的 Lexan SLX 全球市場經(jīng)理托德史威尼說： “我們已獲得了一系列具有金屬光澤的薄膜，我們正在繼續(xù)豐富我們的光色板，包括輕金屬色和銀色”。GE 的 Lexan SLX 薄膜的 IMD應(yīng)用包括輪胎罩、重點零部件、 車頂板等。 公司現(xiàn)有四個新的機密項目用于制造立式和臥式車身板。正在應(yīng)用的零件有：前托板、擋板、門板、反射鏡外罩和總導(dǎo)管。此外，GE 正在研發(fā)車篷。Avery Dennison總是更多的專注于一些更小的零件（ 主要是一些裝飾用附飾品）。例如：2000 2004 本田 Civics

15、上的車身側(cè)塑件、 2001 2004 福特 Mercury Grand Marquis 車模上的后門裝飾物、 GM SSR 概念越野車上的輪子裝飾物。 公司高級市場經(jīng)理邁克 科茨比爾說：“我們覺得至少在目前，還無法制造像保險杠和車篷那樣的大型零件。雖然每個人都想做保險杠，但是難題太多，如：如何獲得金屬光澤，如何伸展薄膜使其邊緣恰當(dāng)?shù)鼐砬?。大零件的邊緣裝飾很貴， 例如 1 平方英尺的零件可能需要一整塊2 平方英尺的無漆薄膜， 包括修整飛邊毛刺。 ”Senoplast 現(xiàn)有三個項目研發(fā)車頂組件，他們使用的是可熱成型的、以聚芳酯長纖維為底板的 Senotop 薄膜。該公司第一系列的產(chǎn)品是前阻流板和

16、尾板，用在 2003 Smart 的月形車頂上。第三個 IMD 項目是注射成型 ABS/PC 擋板和保險杠，用在 Smart 車上。該公司市場部經(jīng)理 Andreas Hoellebauer 說：除此之外，還有一個美國的汽車制造商正在利用我們的SenotopIMD薄膜研發(fā)A B立柱蓋。替代鍍鉻工藝Soliant 的新型 Fluorex 亮膜初次登臺即制成了一個熱成型的A 級保險杠托板，用做Class58 卡車的汽配件。而保險杠則由Hendrickson Internatiional利用 ABS 材料和具有鉻光澤的薄膜制成。保險杠使用了20 多平方英尺的薄膜，保險杠上有材料牽伸比達到50時方可實現(xiàn)

17、的深凹陷。據(jù) Hendrickson 市場和設(shè)計技術(shù)部主管杰夫扎瓦奇介紹： 這是第一個具有如此大尺寸的非金屬亮保險杠。在成本方面， 使用薄膜與鍍鉻差不多，但采用鍍鉻工藝無法制得如此大尺寸的保險杠，鍍鉻板只能制尺寸小得多的ABS 保險杠。上個月，HendricksonAero 亮保險杠達到了OEM 要求的技術(shù)條件，通過了 500 小時的鹽水噴霧、耐擦傷、 耐候試驗。他還說：用IMD 薄膜制造保險杠是為了替代鍍鉻工藝，并且IMD 薄膜是環(huán)境友好的，還可提供既不會破裂也不會脫落的鏡面裝飾層，亮膜熱成型還可用于制造其他的一些部件，包括裝飾網(wǎng)格、防太陽玻璃、鏡面外殼、頭燈框等。實際上，今年我們已看到IM

18、D 薄膜的首次登場，制成的設(shè)備也已用在Mack Truck 的 Granite vocational Class 8 上。IMD 在汽車內(nèi)飾上的應(yīng)用幾年來， 可成型的裝飾薄膜已經(jīng)被用來制造汽車和卡車的儀表板、門板、開關(guān)、遮光板、儀表前蓋、中心控制板。在該領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用歷史最長的Avery Dennison 公司，希望 IMD 的應(yīng)用能不斷增長，因為OEMs（ 原始設(shè)備制造商）也希望自己的產(chǎn)品多元化，并且具有多種外觀和裝飾方式。科茨比爾認(rèn)為：與20 世紀(jì) 70 和 80 年代比較， IMD 越來越多的應(yīng)用于汽車內(nèi)飾領(lǐng)域， 越來越強調(diào)小區(qū)域內(nèi)的視覺效果。目前 “將本體顏色帶入到汽車內(nèi)部”具有增長趨勢，

19、而他們公司的Avoloy Dry無漆薄膜正可以滿足這種趨勢的需求。Avery Dennison公司還提供可成型的丙烯酸或PVC 復(fù)合薄膜。這些薄膜可獲得高亮度和低亮度的木紋和木疤、幾何形狀和有機圖案、珍珠光澤、單純色。底板層可以是ABS 、TPO和 PC 等樹脂。有一些正在生產(chǎn)中的車輛利用了Avery Dennison 的薄膜：豐田 Solara 2004 的中心控制板上有木紋、幾何圖案、金屬光澤；2004 福特 250 挖土機的中心控制板上也有木紋、幾何圖案和金屬光澤； 2004 福特 Freestar 小型火車上使用了一根一英寸寬的裝飾帶，跨越了整個儀表板。對拜耳聚合物公司的有色Makro

20、fol PC 和 Bayfol PC /PBT 薄膜而言， 汽車內(nèi)飾件是其最大的應(yīng)用。該公司的 IMD 薄膜主要應(yīng)用在熱控制器（ HV AC ）和變速器檔位 （ PRNDL ）上。其他應(yīng)用包括按鈕、開關(guān)鍵帽和照明控制器等。一些最近的商用車項目，包括2002 2004戴姆勒克萊斯勒吉普車上的HV AC 控制面板，使用的是 Makrofol D72 PC 薄膜和高流動PC 樹脂。在 2003 2004 Dodge Dakota 挖土機和 Durango SUVs 上的 HVAC 和燈開關(guān)外殼使用的是低光亮的第二層上印有圖案的Makrofol VLG 薄膜。一年前，拜耳推出新型Fantasia Fa

21、ria 特種薄膜。其中包括 Makrofol PC DPF5069 亮金屬光色薄膜， 有類似鍍鉻的效果。由于它是透明的，所以采用了 “第二面 ”印刷的結(jié)構(gòu)。 DureflexTPU 是一種軟質(zhì)薄膜或纖維狀薄膜，其手感像是撫摸衣服，纖維被包在粘結(jié)層和底板中間。GE Plastics Strictired Products 的 Legacy 薄膜生產(chǎn)線制得的薄膜也有衣服手感。這些薄膜基于Lexan PC 和 Ultem PEI ，在幾年前就被應(yīng)用于汽車內(nèi)飾和其他非汽車領(lǐng)域。這些薄膜的質(zhì)地有的光滑，有的粗糙，還有的外觀是高光澤度，有的是低光澤度的， 具體的應(yīng)用包括： PRNDL 、HVAC 底框、儀

22、表板上的其他部分。該公司生產(chǎn)經(jīng)理邁克勞林介紹： GE 公司將與Fiberloc公司合作， 研發(fā) Lextra II聚碳酸酯薄膜， 薄膜內(nèi)會插入尼龍纖維，用以提供柔軟的紋理感?，F(xiàn)在， Lextra II 已應(yīng)用于手機中。將來，有望替代汽車內(nèi)織物，用在門、臂靠、方向盤、手排檔上。GE 公司已注意到具有類似鍍鉻效果的、且具有其他金屬光色的復(fù)合薄膜在汽車內(nèi)飾零件（ 例如半球形照明燈、按鈕、開關(guān) ）上的潛在應(yīng)用。這種薄膜已被用于汽車外飾。這種薄膜具有三層結(jié)構(gòu)，它以 PVDF 或 PVF 作頂層，硬質(zhì) PBT 作中間層， Lexan PC 作底板層。IMD 還可應(yīng)用于非汽車內(nèi)裝飾領(lǐng)域。 GE 的高耐熱 U

23、ltem PEI 薄膜， 可以攜帶氣袋上的印刷電路，或者儀表板下的電子儀器。在過去的五年內(nèi)，Serigraph 公司通過在PC 和丙烯酸薄膜上絲網(wǎng)印刷圖案，為各種各樣的 OEMs 制成了車內(nèi)零件，例如頭燈開關(guān)和HV AC 控制器。最近的應(yīng)用包括2003 和汽車上的一個組合儀表板和一個三維換檔零件的圖案裝飾。2004Soliant 和 Mayco Plastics 都將它們的薄膜應(yīng)用定位在車內(nèi)。Soliant 正在開展的項目包括車內(nèi)儀表前蓋和儀表板裝飾環(huán)，產(chǎn)品具有金屬光色，可遮住內(nèi)部顏色。Senoplast 公司的 Hoellebauer 說：Senotop 薄膜將在利用ABS 后注射制成的擋泥

24、板和內(nèi)門裝飾殼上占據(jù)重要地位，制品將用在2004“趣味車 ”上。IMD在非汽車領(lǐng)域的應(yīng)用手提電子設(shè)備和儀表是最重要的IMD 在非汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。手機制造商利用IMD 來印刷鍵盤?，F(xiàn)在GE Plastics 公司的 Legacy 高光澤度或紋理薄膜已替代了諾基亞手機的面板。摩托羅拉也利用這些薄膜制成了A 外殼、鏡頭（ 使用的是一種具有硬質(zhì)涂層的IMD 薄膜）和折合式手機的鍵盤。盡管如此， IMD 在該領(lǐng)域內(nèi)除了那些特殊應(yīng)用之外，其應(yīng)用正在萎縮。拜耳公司的格里芬說： “從概念產(chǎn)生到產(chǎn)品制成的周期一般為兩到三個月，一個產(chǎn)品的生命周期也不會超過六個月，因此，在如此短的周期內(nèi)，手機制造商們不可能讓供應(yīng)商

25、們大批量地印刷、成型、注射模塑。而且，他們現(xiàn)在還正在尋找超低成本的裝飾辦法。在通常情況下，IMD 還是最適合那些價格高于200 美元的設(shè)備?！北∧す?yīng)商們看到了薄膜在其他電子領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。例如：膝上型電腦、游戲機設(shè)備、電視顯示器等。GE 公司的勞林介紹：Palm Pilot 型掌上電腦和GPS 全球定位設(shè)備的前蓋和鏡頭都是用一種拋光或紋理的Legacy PC 薄膜制成的。拜耳公司的格里芬說：“ IMD應(yīng)用于 “ white goods（ ”即表面為白色的冰箱、洗衣機等家用電器）市場會大有前途，主要包括洗衣機、干燥機、洗碗機、微波爐，甚至包括制冰機的外部控制面板。IMD 在醫(yī)療和電子工業(yè)領(lǐng)域也存

26、在類似的潛在應(yīng)用，例如：可以用IMD附飾品替代控制面板上的那種需要單獨成型的、需粘貼的附飾品?！盙E公司的勞林說：“過去，對大多數(shù)機器上（例如洗衣機）的面板，人們總是期望作成平的，且一直在采用涂層技術(shù)。 現(xiàn)在，有一種趨勢就是設(shè)計出具有更多幾何形狀的面板，當(dāng)這些面板變得越來越三維的時候，你會看到IMD 技術(shù)將替代涂層技術(shù)?！盨erigraph 的設(shè)計工程師Mike Ruminski提到 IMD 在器具市場上的增長。據(jù)介紹，在他們公司最近的生產(chǎn)項目中，有一些是為兩個主要冰箱生產(chǎn)商制作的內(nèi)部組件，用的是丙烯酸和PC 膜（第二面是印刷面）。其他項目是洗衣機和干燥機的組件，用的是印刷過的PVC 和膜。GE Plastic 的約翰遜說：“ Lexan SLX薄膜在非汽車應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)已找到了一個合適的應(yīng)用方向。如用于制作Segway 運輸機的擋板，IMD 后澆鑄的基體材料是Xenoy PC/PBT 。LexanSLX 薄膜新的應(yīng)用將包括 Segwa