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一种TPU基高性能汽车仪表面板的制造工艺

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本发明提供一种TPU基高性能汽车仪表面板的制造工艺。该工艺包括以下步骤：选用工业级适合于聚合物材料选择性激光烧结（SLS）的设备进行成型；设计拼装式汽车仪表面板各分体的三维模型；以TPU粉体为基体材料，加入抗冲击、防暴晒、功能填料，进行机械混合，制备功能化TPU复合粉体；设定SLS的工艺参数，将混合后的粉体进行SLS成型，打印标准样条；对打印出的标准样条进行性能测试；成型汽车仪表面板（分体），并对SLS成型后的汽车仪表面板（分体）进行喷砂、清粉等处理，最后进行拼装，得到成品。本发明所述的SLS成型TPU基高性能汽车仪表面板的工艺，操作简单，灵活性高，成型的汽车仪表面板具有较好的抗冲击、防暴晒等性能，在汽车工业领域，应用前景广阔。

著录项

公开/公告号CN112157909A

专利类型发明专利
公开/公告日2021-01-01

原文格式PDF
申请/专利权人裕克施乐塑料制品(太仓)有限公司;华东理工大学;
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申请/专利号CN202010926220.2
发明设计人吴唯;胡焕波;张习云;杜湘云;黄建昌;
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申请日2020-09-07
分类号B29C64/153(20170101);B29C64/20(20170101);B29C64/35(20170101);B33Y10/00(20150101);B33Y30/00(20150101);B33Y40/00(20200101);C08L75/04(20060101);C08L35/06(20060101);C08K13/06(20060101);C08K9/02(20060101);C08K3/34(20060101);C08K9/04(20060101);C08K7/14(20060101);C08K7/24(20060101);C08K9/06(20060101);C08K3/36(20060101);
代理机构32267 苏州市方略专利代理事务所(普通合伙);
代理人朱智杰
地址 215400 江苏省苏州市太仓市经济开发区广州东路9号
入库时间 2023-06-19 09:23:00

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种TPU基高性能汽车仪表面板的制造工艺。

背景技术

汽车仪表面板是安装汽车仪表的框架，通常汽车仪表面板属拼装式的，即由各部分拼装而成。其中，中间部分是一种薄壁大体积、上面开有很多安装仪表用的孔和洞的形状复杂的零部件，两侧部分则是由两块薄板构成。不同汽车的仪表不尽相同，普通汽车常规的仪表有车速里程表、转速表、机油压力表、水温表、燃油表等，因而汽车仪表面板形状结构复杂，而且需要满足一定的抗冲击、防暴晒的性能。

根据制备汽车仪表板的现有传统技术，通常分为硬塑仪表板、吸塑仪表板和半硬泡仪表板等几种。硬塑仪表板的制备工艺为：注塑→焊接→装配；吸塑仪表板的制备工艺为：注塑/压制→吸塑→切割→装配；半硬泡仪表板的制备工艺为：注塑真空成型/搪塑→发泡→切割→焊接→装配。

其中，传统的成型工艺方法有：

(1)注塑工艺。将干燥后的塑料粒子在注塑机中通过料筒加热和螺杆剪切逐步熔融塑化，注入模具成型并冷却定型为制品。这种方法是硬塑仪表板本体最常规也是最广泛的成型加工工艺。硬塑仪表板材料多使用聚丙烯(PP)，仪表板骨架的材料主要有聚碳酸酯(PC)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)、聚丙烯(PP)、苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)、聚苯醚(PPO，或PPE)等。

(2)真空热成型工艺。该工艺将表皮片材加热到软化温度，然后用真空泵把片材和模具之间的空气抽掉，在大气压的作用下使片材贴在模腔上而成型，冷却后借助压缩空气将塑件从模具中吹出，得到产品。主要用于仪表板表皮和外观要求高的零件生产，材料主要为聚氯乙烯(PVC)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)。

(3)搪塑工艺。将粉体原料均匀撒布于加热的模具表面，使其熔融并保持一定时间，使物理、化学双重反应充分进行后冷却定型，得到模具形状的产品。不同的加热方式对产品质量、模具寿命起着决定作用，主要有风加热、油加热和砂加热等方式。

(4)发泡工艺。将聚醚和异氰酸酯充分混合后注入模具的表皮与骨架中间交联固化，在其间形成所要求形状的泡沫，泡沫连接表皮与骨架，又改善零件的手感。该工艺是软质仪表板生产的必须工艺，分开模浇注和闭模浇注。

本发明所使用的选择性激光烧结(SLS)是一种以粉体为原材料的增材制造(3D打印)技术，利用激光提供的能量使粉体熔融然后层层堆叠最终形成打印制件，可以制备形状结构复杂的功能件以及一些加工困难的零件，具有成型速度快、精度高等特点，被广泛应用于航天航空、生物医疗、汽车制造等领域。通过选择承载能力、抗冲击性及减震性能突出的TPU基复合材料，并利用SLS工艺成型汽车仪表面板，能充分发挥SLS成型技术工艺简单、无需支撑结构、成型精度高、材料利用率高的优势和不需设计模具、设计制造一体化、成形材料多样化，制件形状任意化的特点。

中国专利申请号为201310657875.4公开了一种汽车仪表面板用PP复合材料的制备方法，通过将原料用高速搅拌机搅拌混匀，然后转入双螺杆挤出机中熔融挤出，冷却，最后注塑成型即制得产品。其成型工艺较为复杂，产品可能会出现龟裂、缩坑等缺点。

中国专利申请号为201811490369.X公开了一种高粘结性聚氨酯汽车仪表板的制作工艺，将所需材料用发泡机在浇注机混合头的混合区混合均匀，浇注成型；脱模，对聚氨酯泡沫板切割整理，得到仪表台外壳。此方法操作较为复杂，而且成本高，环保性低，对环境污染大。

发明内容

发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种采用SLS成型的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)基高性能汽车仪表面板的工艺方法，其中，仪表面板是拼装式的，由各部分拼装而成，因此设计和SLS成型的是不同部位分别构建的。本发明力求达到以下优点：工艺简单，灵活性高，可以实现仪表面板复杂化、多种多样化，满足市场上不同汽车类型的需要，并且通过该工艺制得的汽车仪表面板质量好，具有良好的抗冲击、防暴晒等性能。

本发明的目的通过以下技术方案实现，一种TPU基高性能汽车仪表面板的制造工艺，包括以下步骤：

(1)选用工业级适合于聚合物材料选择性激光烧结(SLS)的设备进行成型；

(2)设计各拼装式汽车仪表面板分体的三维模型，将模型转化为STL文件格式，将STL文件进行横截面切片分割，导入SLS计算机辅助系统；

(3)制备抗冲击防暴晒功能化TPU复合粉体；

(4)设置SLS工艺参数，打印温度为110～150℃，扫描速度为6000mm/s～12000mm/s，激光功率为15～45W，铺粉厚度为0.10～0.30mm，扫描间距为0.08～0.30mm；

(5)将TPU复合粉体装入SLS设备，通过SLS成型标准样条；

(6)对所成型的标准样条进行性能测试，包括力学性能测试、密度测试和精度测试；

(7)SLS成型汽车仪表面板分体，并对成型后的汽车仪表面板分体进行喷砂、清粉等处理，最后进行拼装，得到成品。

相比于传统的汽车仪表面板的成型工艺(浇注、注塑等)，用SLS技术成型的汽车仪表面板不仅质量有所保障，而且能成型复杂多样的仪表面板，同时不会降低其性能。最重要的一点是将制备好的功能化的TPU复合粉体(将TPU粉体与其他功能化填料进行混合)，投入到SLS设备中进行层层烧结成型，所制备的产品可以有效解决传统工艺龟裂、填充不足等缺点。

进一步的，上述的TPU基高性能汽车仪表面板的制造工艺，所述抗冲击防暴晒功能化TPU复合粉体包括以下组分：

(1)TPU粉体100质量份；

(2)抗冲击填料10～30质量份，优选10～20质量份；

(3)防暴晒填料10～30质量份，优选10～20质量份；

(4)流动助剂2～10质量份，优选5～10质量份；

(5)稳定剂0.1～1.5质量份；

(6)抗氧剂2～5质量份；

(7)滑石粉5～15质量份，优选5～10质量份；

(8)偶联剂2～5质量份；

(9)耐候剂0.1～1.5质量份，优选0.1～1质量份。

所述抗冲击防暴晒功能化TPU复合粉体的制备方法是按比例将各组分加入到高速混合机中机械混合10～40min即得，其中，各粉体的总体积占高速混合机容积的50％。

进一步的，上述的TPU基高性能汽车仪表面板的制造工艺，所述的汽车仪表面板分体，表面类似于自结皮，内芯为镂空结构。

进一步的，上述的TPU基高性能汽车仪表面板的制造工艺，所述抗冲击填料为玻璃纤维、云母粉、铝粉、纳米二氧化硅、抗冲击改性填料中的一种或几种。

其中，抗冲击改性填料通过以下方法制备得到。

(1)准备下述涉及的各原料。

(2)将凹凸棒土用浓度为5～30％的硝酸溶液浸泡处理10～35min，再用去离子水清洗3～5遍，然后在350～420℃下烘干。

(3)将蒙脱土用浓度为1～15％的草酸溶液浸泡处理30～60min，浸泡过程中使用超声波震荡处理，再用去离子水清洗3～5遍，然后在350～420℃下烘干。

(4)按质量百分数分别将聚乙二醇15～35wt％、聚乙烯醇5～25wt％、膨胀石墨0.5～8wt％、玻璃纤维3～20wt％和不少于前述各组分含量50wt％的去离子水，置于搅拌容器，于35～40℃下搅拌处理1～2h，得到混合液。

(5)将步骤(2)制备的凹凸棒土、步骤(3)制备的蒙脱土、步骤(4)得到的混合液按重量比5～8:1～1.5:12～15的比例混合，在500～600r/min转速下，用磁力搅拌器搅拌20～25min，然后再用超声波震荡处理1～2h，得到混合物。

(6)将步骤(5)得到的混合物进行抽滤，滤除去离子水，将滤渣在置于真空干燥箱中，于80～120℃下，干燥2～8h，得干燥后的粉体。

(7)将步骤(6)处理得到的干燥粉体与硅烷偶联剂按质量比30～40:1，在高速混合机中，以1200r/min混合10～40min，得到抗冲击改性填料。

进一步的，上述的TPU基高性能汽车仪表面板的制造工艺，所述防暴晒填料为石棉粉、硅胶粉、酚醛树脂、二氧化钛粉、防暴晒改性填料中的一种或几种。

其中，防暴晒改性填料通过以下方法制备得到。

在溶剂环己酮中加入苯乙烯、马来酸酐、偶氮二异丁腈、三硫代碳酸二甲酯和2-甲基-二硫代苯并咪唑苄酯组成聚合体系，在氮气保护下，于60～120℃之间聚合反应2～6h；然后降温至60℃，加入苯胺、醋酸酐和醋酸钠，升温至100～150℃之间反应2～6h；然后降温至室温，将反应物倒入乙醇中沉淀出聚合物，再经过滤、干燥得到防暴晒改性填料。

进一步的，上述的TPU基高性能汽车仪表面板的制造工艺，所述流动助剂为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化钙中的一种或几种。

进一步的，上述的TPU基高性能汽车仪表面板的制造工艺，所述滑石粉粒度为1000～1500目。

进一步的，上述的TPU基高性能汽车仪表面板的制造工艺，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

进一步的，上述的TPU基高性能汽车仪表面板的制造工艺，所述稳定剂为紫外吸收剂。

进一步的，上述的TPU基高性能汽车仪表面板的制造工艺，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种或两种。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的TPU基高性能汽车仪表面板的制造工艺具有以下优点：

(1)本发明公开的采用SLS成型TPU基高性能汽车仪表面板的工艺方法，其工艺简单，操作灵活，能成型形状复杂且高质量的汽车仪表面板，满足于不同类型的汽车仪表面板。

(2)本发明公开的采用SLS成型TPU基高性能汽车仪表面板的工艺方法，这种汽车仪表面板的表面类似于自结皮，强度、韧性、抗老化等性能良好，内芯可以设计成镂空结构，既具有轻量化效果，又能节约原料。

(3)本发明公开的采用SLS成型TPU基高性能汽车仪表面板的工艺方法，利用SLS工艺成型，生产效率高，能在一定程度上节约时间，减少人力物力的耗费。

(4)本发明公开的采用SLS成型TPU基高性能汽车仪表面板的工艺方法，所成型的汽车仪表面板具有抗冲击、防暴晒等性能。

具体实施方式

下面将结合具体实验数据，对本发明实例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

以下实施例提供了一种TPU基高性能汽车仪表面板的制造工艺。

所述的抗冲击填料为玻璃纤维、云母粉、铝粉、纳米二氧化硅、抗冲击改性填料中的一种或几种。

所述的防暴晒填料为是石棉粉、硅胶粉、酚醛树脂、二氧化钛粉、防暴晒改性填料中的一种或几种。

所述的流动助剂为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化钙中的一种或几种。

所述的滑石粉粒度为1000～1500目。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂。

所述的稳定剂为紫外吸收剂。

所述的基体TPU专用粉体材料和功能化填料在混合时加入总量占高速混合机总容积的50％。

所述的原料在高速混合仪中搅拌10～40min。

所述的抗氧剂型号为抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种或两种。

实施例1

(1)将TPU粉体100质量份，抗冲击填料10质量份，防暴晒填料10质量份，纳米二氧化硅5质量份，抗氧剂2质量份，稳定剂1质量份，滑石粉10质量份，偶联剂2质量份，耐候剂1质量份，放入高速混合机中以1200r/min，混合15min。

(2)SLS成型标准样条，成型工艺参数为：打印温度设置为110℃，扫描速度6000mm/s，激光功率25W，铺粉厚度0.10mm，扫描间距0.08mm。

(3)对SLS成型的标准样条，进行性能测试。包括力学性能测试(按照GB/T1043-93进行冲击强度测试，按照GB/T1040-92进行样条拉伸试验)，密度测试及精度测试。

(4)SLS成型汽车仪表面板分体，成型工艺参数为：打印温度110℃，扫描速度6000mm/s，激光功率25W，铺粉厚度0.10mm，扫描间距0.08mm。