Детлев Миз, Райнер Пауль, Клаус Франкен, Дирк Вегенер фирма BayerMaterialScienceAG, Леверкузен

Всё чаще покупатели автомобилей бывают неудовлетворе­ны цельнометаллическими крышами или крышами с обыч­ным люком. Они желают больше стекла в модуле крыши, чтобы салон был залит светом. Некоторые желают к тому же иметь возможность открывать большую часть крыши для доступа воздуха. Другим важнее иметь возможность ис­пользовать крышу в качестве багажника. Поэтому компа­ния ITBGroup предсказывает, что доля автомашин с мягкой, жёсткой, пластинчатой или панорамной крышей в Северной Америке, Европе и Японии возрастёт с шести процентов в 2004 году до одиннадцати процентов в 2010 году.

Производители автомобилей реагируют на новые запросы клиентов предложением разнообразных модулей крыш. Эти модули изготавливаются эффективно и экономично при условии правильного выбора полимеров. Своеобраз­ные возможности открывает использование технологии дублирования плёнки полиуретаном (ПУР). В настоящее время хорошо зарекомендовал себя на практике модуль крыши модели OpelCorsa и панорамная крыша OpelZafira, а также антенная крыша модели Mercedes-Benz класса R (рис. 1). Специальный, легко извлекаемый из форм и армированный длинным стекловолокном ПУР-пенопласт, вы­полняющий несущую функцию, поставляет фирма BayerMaterialScienceAG, Леверкузен.

Эволюция модулей крыш

Первоначально технология дублирования плёнки полиуре­тановым покрытием использовалась только при производстве крупнога­баритных стабильных формованных деталей с рифлёной поверхностью. Пионером здесь был smart, который начали серийно выпускать в 1998 году. Его крыша состояла из изготовленной методом соэкструзии термопластичной плёнки и ПУР-пены, армированной длинным стекловолок­ном. Некоторые модели smartи сегодня поставляются с цельными пластмассовыми крышами из рифлёной ASA/PCплёнки (акрилонитрил-стирол-акрилэфир/поли-карбонат) фирмы Hagedorn.

Постоянное усовершенствование материала и технологии привело к тому, что теперь возможно изготовление дета­лей, поверхность которых может быть доведена до клас­са А. Это тоже было продемонстрировано на модулях крыш серии «smart», модели «smartForfour» и «smartRoadster*. В качестве материала для дублирования и здесь был ис­пользован армированный стекловолокном ПУР-пенопласт фирмы BayerMaterialScience.

Технологию дублирования плёнки полиуретановой пеной автопроизводитель Opel в 2005 году впервые перенёс на компакт-вэн, снабдив его большой и сложной кры­шей. Опциональная панорамная крыша модели Zafira (рис. 2) отличается четырьмя интегрированными стек­лянными плоскостями, которые оптически расширяют пространство, а также пятью багажными ящиками, рас­положенными в салоне по центру между стеклянными плоскостями. Багажное пространство этих ящиков доста­точно велико благодаря внешнему воздухозаборнику. Весь модуль, от воздухозаборника с глянцевой поверх­ностью до опорной рамы, несущей стеклянные элементы, имеет размеры примерно 2100 на 1100 мм. Дублирова­ние ПУР-пеной, армированной стекловолокном, произ­водится за один рабочий процесс.

Рис. 1. Эволюция модулей крыш.

Рис. 2. Вид модели OpelZafiraизнутри.

Все упомянутые модули крыш изготавливаются на оборудо­вании Krauss-Maffei методом LFI-PUR®. Самый новый при­мер инновационного композита ПУР-плёнка — антенная крыша автомашины Mercedes-Benzк ласса R, выполненная методом S-RIM. Есть ещё одно важное отличие: в модулях моделей smart и Opel применяются тонированные термо­пластичные плёнки контрастного чёрного цвета, так как точно подобрать их к цвету автомобиля невозможно. Иначе обстоит дело с плёнками для антенной крыши автомобиля Mercedes-Benz класса R. Эти плёнки предварительно окра­шиваются, при этом сначала плёнка покрывается основой и прозрачным лаком. Отдельные слои лака физически высу­шиваются в конвекционной сушильной камере. После этого наносится защитная плёнка, и раскроенные заготовки ле­жат до следующего технологического процесса — глубокой вытяжки. На этой стадии деталь приобретает свою оконча­тельную форму. В заключение лак отверждают химически под действием УФ-излучения. Дублирование окрашенной плёнки армированным стекловолокном ПУР-материалом придаёт антенной крыше жёсткость и формостойкость.

Идеальный материал

За выгодно отличающиеся механические и технологические свойства всех модулей крыш отвечают армированные стекло­волокном ПУР-пенопласты типа Baydur® STRфирмы BayerMaterialScienceAG. Использование этих ПУР-материалов, спе­циально разработанных для метода дублирования, приносит целый ряд преимуществ, в особенности при производстве вы­сококачественных формованных деталей. Речь идёт о вспе­ненных реактопластах, состоящих из двух жидких ПУР-компонентов сырья, и вступающих в реакцию непосредственно в пресс-форме. Так как эта в исходном состоянии низковязкая ПУР-реакционная смесь медленно вспенивается и отвердева­ет лишь при определённой стартовой температуре, это позво­ляет изготавливать особо крупные детали со сложной геомет­рией и разной толщиной стенок, что было бы невыполнимо при переработке термопластичных материалов.

Благодаря стекловолокну, которое подмешивается в полиу­ретан для упрочнения, сильно повышается теплостойкость и заметно снижается коэффициент расширения дублирован­ных деталей; это обеспечивает высокую формоустойчивость моделей крыш. Свойства изделий, изготовленных из материала Baydur® STR, например, модуль упругости при изгибе, во многом зависит от доли стекловолокна и плотно­сти пенопласта (рис. 3). Проблемы качества поверхности термопластичных плёнок сводятся к минимуму за счёт низ­кого давления внутри пресс-форм (от 10 до 20 бар) и низких температур переработки. Предварительно обработанные металлические крепёжные элементы и вставки также запе­ниваются за один процесс. Отверждающийся ПУР-пено­пласт, армированный стекловолокном, прочно и надолго связывает термопластичную плёнку. Предусмотренные в рецептуре Baydur® STRспециальные добавки, облегчаю­щие извлечение из форм, делают лишним утомительную об­работку пресс-форм разделительной смазкой после каждой заливки. Тем самым они гарантируют надёжность и рента­бельность производственного процесса.

Существуют специальные рецептуры системы Baydur® STR, разработанные специально в соответствии с особенностя­ми методов LFI-PUR- и S-RIM. Такие разработки в тесном сотрудничестве с заказчиками типичны для полиуретанового системного бизнеса фирмы BayerMaterialScience. С 1 марта 2007 года предприятие объединило весь полиуретановый системный бизнес зонтичным брендом BaySystems®. Это относится как к прежним торговым мар­кам данного сегмента, среди которых и Baydur®, так и к глобальной сети полиуретановых системных домов.

Способы изготовления модулей крыш

Существуют различные методы переработки ПУР-материа­лов для изготовления модулей крыш (рис. 4). При дублиро­вании термопластичных плёнок полиуретаном, армирован­ным стекловолокнистым холстом, используется метод S-RIM (Structural-ReactionInjectionMolding). При этом полиуретановая система может вводиться как в открытую, так и в закрытую форму. При заливке в открытую форму снача­ла в нижнюю половину формы закладывают плёнку, под­вергнутую глубокой вытяжке, и затем стекломатдля усиле­ния структуры. Заливка производится по оптимальной тра­ектории за счёт распределения смеси подвижной роботи­зированной смешивающей головкой. Поэтому этот метод лучше всего подходит для производства крупногабаритных деталей. После закрытия пресс-формы полиуретановая ре­акционная смесь вспенивается и застывает.

При закрытом варианте метода S-RIMполиуретановая смесь заливается в закрытую пресс-форму. Заливка производится непосредственно в пресс-форму с помощью вмонтированной стационарной смешивающей головки через специальное отверстие. Здесь можно работать с высокореактивными полиуретановыми системами и очень сильно сократить время цикла. Однако для производства модулей крыш этот метод ещё нуждается в соответствующей доработке.

Рис. 5. Изменяемая структура композита благодаря комбинации способов S-R/Mи LFI.

При методе LFI (Langglasfaser-lnjektion) режущее устрой­ство режет стекловолокно точно на требуемую длину. Спе­циальная, управляемая роботом смешивающая головка вводит стекловолокно вместе с ПУР-реакционной смесью в виде покрывающих всю поверхность полотен в открытую пресс-форму, в которой находится термопластичная плён­ка. Устройство управления машины обеспечивает возмож­ность регулирования доли стекловолокна в определённых зонах детали по специальной программе.

В настоящее время три машиностроительные фирмы пред­лагают оборудование для работы по технологии заливки со стекловолокном, а именно Krauss-Maffei, Мюнхен, LFI-PUR®-Cannon, Ханау, «lnterWet» — и Hennecke, Санкт Аугустин «PUR-CSM» (CompositeSprayMoulding). 

Ещё одну возможность для усовершенствования процесса изготовления предоставляет использование технологии CSMфирмы Hennecke. С помощью 4-компонентной смешивающе-распыляющей головки, отличающейся тем, что она даёт прекрасную оптическую картину поверхности напыле­ния, возможно работать с двумя различными полиуретановыми системами. Так, например, сначала можно нанести на термопластичную плёнку тонкий компактный неармированный защитный слой полиуретана, на который затем на­носится сильно вспененный слой, содержащий стекло­волокно. При этом защитный слой эффективно предохра­няет от образования усадочных раковин и скрывает сте­кловолокно. Возможно также в скрытых, незащищённых плёнкой зонах модуля нанести компактный неармированный ПУР-слой в качестве внешней поверхности достаточно хорошего с оптической точки зрения качества. Таким спо­собом можно было бы изготавливать модули крыш с час­тично интегрированной плёнкой, особенно лёгкие и обла­дающими специфическими для некоторых областей приме­нения качествами поверхности.

В качестве альтернативной подложки с высоким коэффи­циентом жёсткости предлагаются сэндвич — конструк­ции, имеющие интересные перспективы. Они состоят из стекловолокнистых плит с сердечником из гофриро­ванного картона, связанных между собой ПУР-материалом Baypreg® F. Производство осуществляется методом распыления с прессованием (рис. 6). Проекты фирмы BayerMaterialScienceAGс субпоставщиками показыва­ют, что таким образом можно будет изготавливать лёг­кие, жёсткие на изгиб детали (рис. 7).

	Применение полиуретановых изделий
04.08.2010 В современной лакокрасочной промышленности полиуретановые покрытия на основе 2К-акрилполиуретановых связующих являются критерием высоких эксплуатационных характеристик. подробнее