EPP吸能材料及加工技术

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由于比重轻，吸能和回复性能好，抗震抗压，可循环利用，因此自1990年代问世以来，EPP发泡材料便迅速在汽车制造领域得到了广泛应用，成为吸能和减震材料的新宠。作为全球EPP泡沫加工技术领域中的领先者，德国艾伦巴赫公司已与全球多家知名汽车厂商合作开发出多种车用EPP制件。
EPP发泡材料及其特点
/ V; G# [3 n& @0 `可发性聚丙烯泡沫塑料（英文名：Expanded polypropylene，简称“EPP”）是一种经发泡后的聚丙烯，由固体和气体两个相组成，呈黑色、灰色或白色的颗粒状，直径大小一般在φ2～7 mm之间。EPP颗粒的外壁是闭合的，内部充满了气体。通常，其固相成分只占总重量的2%～10%，其余部分均为气体。该发泡材料具有如下特性：
比重轻，其密度一般为17～100 kg/m3。客户可根据不同模制品的需求，选用不同密度大小的预发泡原料；
* b% o( U- t- u耐温能力强，通常可承受-40℃～110℃的温度，在短时间内可承受的温度范围甚至更大；
缓冲性能好，即使在垫层不厚的情况下也能起到很好的缓冲作用；
可以100%的回收利用。与其他泡沫材料相比，EPP是一种纯粹的碳氢化合物，不含增塑剂或发泡剂等其它任何不利于再循环的化学物质，因此加热后即可消解，燃烧后留下的只是水和二氧化碳。即使是在100℃下进行雾测试，也能满足环保法规的要求。此外，当EPP与其他聚丙烯如PP薄膜、注塑骨架、TPO面料等结合在一起时，还可实现所谓的“材料一体化系统”，即该系统在被回收利用时不需要进行分解。
基于上述特点，使得EPP非常适合于汽车制造业中对安全、环保、减轻重量等方面的需求。因此，自1990年代问世以来，EPP便迅速在汽车制造领域得到了广泛应用，成为吸能和减震材料的新宠，其应用潜力非常广阔。目前国内外的很多车型都采用EPP材料作为缓冲吸能部件，它可用作保险杠芯、侧护板、门内板吸能保护垫、缓冲垫、头枕、遮阳板、工具箱等。图1所示为EPP在汽车上的典型应用。
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9 Q# s/ }' h  N; ]& n0 Y7 P图1 EPP在汽车上的应用EPP成型产品的加工工艺
EPP可被加工成各种不同的形状，其成型产品的加工过程主要包括：材料载压（保压），泡沫成型，泡沫烘干定型，检验，包装等。需要特别指出的是，在加工EPP之前，需要通过载压来增强原料颗粒内部的压力，以生产出密度较低的模制件。这是因为，经载压后的原料可以实现各种不同密度模制件的生产。此外，载压还能使模制件在脱模后的收缩幅度下降，表面效果更好。具体而言，载压是通过气体穿透颗粒的外壁而实现的，在此过程中，可以通过改变时间、压力、温度等参数来对载压进行调节。经载压过程后，成型产品的密度即被降低。
. J" @4 O8 G* D, O具体操作步骤如下：
3 u- N% e6 W3 `6 c) X" t1、合模，并对模具进行预热，使模具的表面温度达到PP的熔点；
2、进料，使原料通过料枪进入模具。
+ E: h& F/ g; J: P3、分三步将蒸汽通入模具中：
" C" z  V1 p" Y$ A1 p) T" u蒸汽冲刷：蒸汽从上至下冲刷，以将空气排出蒸汽室，冷凝水流出。在此过程中，打开上方的蒸汽进汽阀和下方的冷凝水排放阀。
横向蒸汽：使蒸汽从蒸汽室的一边横扫向原料，穿透原料后到达另一边。此时关闭一边的冷凝水阀，打开蒸汽进汽阀。同时，使相对面的蒸汽进汽阀关闭，冷凝水阀打开，以使蒸汽从相反的方向喷出。如果模具内有薄的法兰，则蒸汽最好是从法兰周围穿过，以使夹在法兰里面的原料也可以得到蒸融。
压力保持：横向通蒸汽后，需要经过压力保持或双面蒸融过程。在此过程中，打开蒸汽进汽阀，关闭冷凝水排放阀，使压力逐渐达到峰值。
4、冷却。在通入蒸汽后，模具内部的温度一般会达到140℃。为了确保产品的顺利脱模，必须使模温下降至70℃。
5、脱模。随着内部压力的解除以及温度降低到许可的脱模温度，即可进行脱模操作。
6、烘干定型。一般将烘干温度设定为60℃～80℃，烘干室要保持空气干燥，通风状态良好。
% x. C# a* E1 u5 {3 ^目前，全球主要有5家较大的EPP原料制造商，其中德国的BASF、日本的JSP和 Kaneka在市场中占有领先地位。而在EPP的成型加工技术领域中，德国艾伦巴赫公司（ERLENBACH GMBH）的加工技术富有盛名，拥有EPP材料预发、载压、泡沫成型、回收等全系列的设备。其中，艾伦巴赫的EPP 成型设备主要由以下几部分组成：机架、模具、锁紧杆、载压罐和脱模系统。图2所示为艾伦巴赫的EPP泡沫成型机EHV-C PP，该设备中存贮了40种不同的设置和模具特性可供操作人员查找，包括：设备目前的压力、阀门开启的情况和周期时间等，从而为操作人员提供了一个可视化的加工平台。

图2 EPP泡沫成型机EHV-C PP艾伦巴赫技术在汽车领域的应用案例
作为EPP泡沫加工技术领域中的领先者，艾伦巴赫拥有全球独家的EPP实验室，目前已与全球多家知名汽车厂商合作开发了多种较复杂的车用EPP制件。
: ]  ?) c- a$ q$ t$ z图3所示为镶嵌有金属支架的遮阳板骨架，该部件对几何尺寸和表面质量均有较高的要求，其工艺过程也较为复杂，采用了艾伦巴赫独特的能源控制系统和单面烧结技术成型出来，其成型效果令客户非常满意。

图3 镶嵌有金属支架的遮阳板骨架图4所示为镶嵌有金属的头枕支撑架。为了改善产品的黏附性，通常要在产品中预埋金属件，金属的表面一般要用火喷法喷上聚烯烃，这是艾伦巴赫在“预埋金属件成型EPP制品”方面的典型案例之一。
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图4 镶嵌有金属的头枕支撑架目前在汽车制造业中，大多使用的是由多种材料制成的不同组件组合而成的成型产品。在对这些产品进行回收利用时，必须将各个组成部分分开，减少原材料的种类，以使回收过程简化。随着全球对废弃汽车回收利用呼声的日益高涨，目前“材料一体化系统”已为众多汽车厂商所推崇。由于聚丙烯材料在汽车中的应用广泛，因此“EPP-PP组件 ”已受到人们的重视，其最典型的应用是由EPP和PP材料制成的汽车保险杠。图5所示为采用艾伦巴赫的多气室工艺生产的密度不均匀的保险杠，在该保险杠上留有安装头灯的位置。利用多气室工艺可使EPP的密度达到保险杠所要求的不同密度水平。

/ R$ h7 f* ?1 y# A1 f+ J" t文章关键词： 材料、加工技术、汽车