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汽車塑料燃油箱多層共擠中空成型技術
與金屬燃油箱比較，塑料油箱具有多種優點，如質量輕、形狀自由度大、研制周期短、費用低、方便汽車設計制造與改型、安全可靠性高、耐沖擊、耐腐蝕、不爆炸等。 由于汽油化學分子結構與HDPE類似，根據相似相容原理，其有效成份會濕潤HDPE油箱表面，逐漸擴散到容器內部并滲透到外界而氣化損失掉，這是HDPE燃油箱的缺點。隨著汽車工業技術的發展、環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，高阻滲性已成為當今汽車塑料燃油箱的發展趨勢。 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，有一系列的環保問題。層狀摻混技術在實際的生產操作時，對擠出機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械性能低，阻滲性相對較差而且不太穩定。比較之下，用多層共擠方法生產具有阻滲性汽車塑料燃油箱成為第一選擇。從國內近幾年新投用的汽車塑料燃油箱成型設備來看，多層共擠中空機占絕大多數也可證實這一點。 多層共擠中空機系統組成 用于汽車多層塑料燃油箱成型的多層共擠中空機與用于單層塑料燃油箱成型的儲料式中空機所不同的是擠出系統和機頭。多層共擠中空機機頭及型坯的典型結構如圖1所示，其型坯共有六層。從外分別是焊接層、回收料層、粘結層、阻隔層、粘結層、內層。 大型中空機從開始到現在，其基本構成并無多大變化，一般包括：擠出機、機頭、合模裝置、吹脹裝置、制品取出裝置、液壓站、電控系統。一般的外輔設備還包括：混送料系統、余料粉碎回收系統等。 大型中空機按其擠出型坯的方式可分為儲料式和連續擠出式，而按型坯的結構又可分為單層或多層。目前，國內的200雙L全塑工業桶絕大多數采用單層儲料式中空機吹制。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。相應地，多層中空機組在塑料吹塑汽車燃油箱的成型設備所占的份額日益擴大。 多層共擠中空機頭及型坯的典型結構擠出系統 多層塑料燃油箱中空機一般有六臺擠出機，分別塑化擠出每一層。其中內層、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公司擠出機螺桿頭部設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控制。各擠出機穩定的擠出性能是實現這一目標的基礎，所以內層、焊接層、回收料層、粘結層都必須采用IKV結構的擠出機，失重式加料系統也廣泛采用。容易被忽視的方面是回收料粉碎狀態。如果粉碎不均勻，該層的擠出壓力會波動很大，進而影響到各層的比例關系。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的微粒狀態均勻分布。多種混煉器因此被使用。靜態混煉器、新型的拉伸混煉器等被放置在擠出機與機頭之間。JEW公司在擠出機螺桿頭部設計了如圖2所示的混煉元件。 機頭 連續擠出式多層共擠機頭，其各層流道均勻擠出顯得尤為重要。流道設計多采用螺旋型流道設計。螺旋流道的優點是無論是單層還是多層，各層在圓周方向均不會出現明顯的熔合縫區。但其主要問題是隨著層數的增多，對中空機而言，由于空間上的限制，螺旋流道的設計會變得異常困難，因此，在較多層數的情況下，也采用心形包絡流道設計，但各層熔合縫區需錯開分布。 隨著技術發展，機頭流道的設計，也實現了計算機仿真模擬。大型的、專門用于模頭設計的2D、3D、CAE軟件已經出現。秦川集團開發的六層共擠大型機頭及1000L儲料機頭中，就引進了Futuresoft公司的大型計算機設計分析軟件FLOW2000，該軟件包括了從2D流動、3D流動、螺旋流道、心形包絡流道，共擠流動等多種分析，能模擬顯示熔體在流道內流動時各處的溫度分布、壓力分布、剪應力分布、流率分布、滯留時間，并可據此對流道的設計進行指導，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行的分析計算，使得機頭設計建立在可靠的理論基礎之上，提高了大型機頭的設計質量，減少了設計風險。應該說，此類大型軟件的出現，是機頭、口模設計制造領域內最重要的技術進展。 型坯壁厚控制 中空機機頭的型坯壁厚控制是一項關鍵技術。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，它是通過芯模預設的位置作軸向運動而改變模頭的開口量來達到改變坯厚的目的。 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，因此產生了徑向壁厚控制技術。徑向控制技術可以使擠出的型坯在某要求的區段內呈非圓截面的變化（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。 徑向壁厚控制技術發展到今天，基本上形成了兩種典型的設計，一種被稱為撓性環式，一種為口緣修形式。撓性環式是通過電液伺服控制薄壁撓性環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，則徑向控制都能發揮作用。該結構存在的主要問題是撓性環的疲勞壽命有限，容易發生損壞，且更換制作一副新的撓性環零件價格昂貴。口緣修形式改變型坯壁厚是靠修形口環的上下移動來實現的。與撓性環結構相比，它最大的優點是使用壽命長，而且一旦需要更換，有基本機加工能力的工注塑件加工即可承擔。在有的設計中，口環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的專利權。 徑向壁厚控制技術對于提高大型中空制品的質量無疑是一個有效的方法，同時它還能在保證質量的同時，減輕制品的質量。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，尤其是大型中空機的用戶。對于1000L以上的中空機，由于制造上的困難，設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備選項。 作為一種替代，許多用戶為了彌補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頭上，對其芯模的特定位置進行修形，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。當然，這種修形需要有一定的經驗，應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格的對稱。 大型中空機還可用于多種產品的生產，如戶外的中空桌椅、可拆卸使用的中空周轉箱、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成型。
