无需工具即可将塑料和复合材料组合用于 A 类零件

生产具有 A 级光洁度的复合部件并不是圣杯——有很多公司会定期这样做。然而，这样做使用树脂灌注没有 昂贵的工具或胶衣和 以每小时一份的速度？嗯，这是独一无二的。

从塑料到复合材料

Plastics Unlimited 于 25 年前由 Terry 和 Nancy Kieffer 创立，他们的儿子 Dakota Kieffer 解释说，该公司的销售和营销总监。他解释说：“他们是爱荷华州的农民，开始寻找新的、不断发展的行业，他们认为塑料比焊接或木工更好，他们不想与邻居竞争。他们研究了注塑成型、滚塑成型和回收塑料，但后来接触到了热成型，并真正理解了它。” （热成型使用热量和真空/压力将热塑性板材成型为成型部件。）

然后 Kieffer 的父母接触了一家制造玻璃纤维增​​强塑料 (FRP) 零件的公司。 “他们看到了 FRP 的强度，但也看到它需要一个漫长的、多步骤的过程，每个零件大约需要四个小时——所以，每天只生产两个零件，”他继续道。 “与我们的塑料生产相比，他们觉得这太慢了。我们每 2-6 分钟转动一次零件——甚至可能一次生产 5-6 个零件——所以，每天要加工数千个零件。”为了弥补差距，基弗的父亲想出了使用热成型塑料外壳作为工具的想法 .

结果是一种免工具复合材料零件制造过程，Plastics Unlimited 将其称为免工具工程复合材料 (TEC)。 “它去除了胶衣和 工具发布步骤，”Kieffer 说。 “此外，当您进行热成型时，您可以检查 A 级表面并确保其完美无缺。”换句话说，A 级表面并未隐藏在复合层压板下方。 “所需要的只是一个单一的热成型工具，这个过程对我们的塑料零件客户来说仍然有意义。”

专利复合工艺

Kieffer 指出，复合材料结合了两种材料，可以制成比单独使用任何一种材料都更好的材料。 “我们正在结合两种不同类型的材料和两种不同的工艺来制造更好的产品。”值得注意的是，一种包含塑料、树脂和玻璃纤维的产品可提供独特的优势组合。 “塑料的抗冲击性能比胶衣好得多，”他解释说。 “还可以在塑料上打印任何纹理或设计，例如迷彩图案。塑料还提供了大量的图像深度，之后无需抛光，从而消除了二次精加工操作。”

同时，与在开模工艺中喷涂短切纤维相比，这项专利技术可实现更高的纤维含量、更高的质量和无/低挥发性有机化合物 (VOC)。他指出，将短切纤维喷洒在浴缸和水疗浴缸的塑料上并没有获得专利。 “我们总是使用真空灌注来制造产品的 FRP 部件，”Kieffer 说，并补充说“我们的部件具有光滑的表面，因此我们更像是带有垫板的轻型 RTM。我们总是把它提升到一个新的水平。客户带着问题来找我们，我们试图找到适合他们需求的解决方案。我们非常具有创新精神，并且我们为我们的新开发申请了专利。”

示例零件

Plastics Unlimited 使用此工艺生产的部件之一是由 Deere &Company（美国伊利诺伊州莫林市）制造的约翰迪尔联合收割机的粮箱延伸件。 “这是联合收割机的最顶部，也就是敞开的，谷物所在的位置，”Kieffer 解释说。 “与原来的钢制坦克相比，我们的更耐用。我们采用光滑的内部饰面和外部的约翰迪尔绿色，角落处有黑色嵌件。它是可用的最大粮箱加长件，可以折叠平放。与我们的竞争对手相比，它是一种更加工程化的产品，添加了泡沫和肋条以增加刚度。”还需要一些钢筋，实际上是模压进去的，基弗说，“不是二次粘合。”

这种材料和工艺的组合赋予成品部件很大的韧性。 “我们有在这些部件上放置混凝土块的视频，”Kieffer 说。他说，通过模制钢制夹具，拉拔强度是使用行业标准甲基丙烯酸甲酯粘合剂进行二次粘合时的 4-5 倍。

Plastics Unlimited 每月最多可以制造 2,500 个这样的部件，其中一些面板的尺寸为 5 英尺 x 7 英尺。 “如果不使用我们的方法制造，这将需要昂贵的工具，”Kieffer 说，并指出 TEC 可用于制造非常大的零件——高达 8 英尺 x 11 英尺。 “与钢相比，我们的零件可以具有更多的形状和几何形状。这对我们的客户很重要，因为它可以让他们通过样式区分。我们的抗紫外线性能也优于大多数胶衣。”

Plastics Unlimited 为一系列公司提供零件，包括 Harley-Davidson 和 Gehl 伸缩式升降机。 “我们还生产外观和感觉都像皮革的柔软触感部件，”Kieffer 说。该公司还为 Navistar 制造卡车部件，并为 Winnebago 制造休闲车 (RV) 部件。 “我们更喜欢批量生产，从每年 100,000 个零件减少到几百个。”

Kieffer 承认长纤维注射 (LFI) 和树脂注射成型 (RIM) 是具有竞争力的工艺，“但这些零件不像我们所做的那样具有结构性。例如，一个联合谷物罐可容纳 400 蒲式耳，可施加 10 吨的力。 RIM 零件没有经过大量强化，根本无法满足这种类型的负载要求，而且 RIM 工具非常昂贵。”

持续开发

“我们与客户一起做了很多研发工作，”Kieffer 说。 “我们探索不同的树脂、泡沫、层压板、增强层和饰面，然后向它们展示原型，以便它们可以非常快速地进行测试。我们将努力使零件更具可制造性，研究如何降低成本和提高性能，并满足各种在役要求，例如极热和极冷的温度和冲击。”

Plastics Unlimited 拥有 100,000 平方英尺的生产空间和 75 名员工，其中包括一个由三名工程师组成的团队。其 5 轴 Thermwood CNC 机床可实现内部工具生产和快速原型制作，后者对于寻求缩短开发时间的客户来说非常重要。

“我们还与公共交通和航空航天公司合作，”他继续说道。 “目前，很多地铁内饰都是玻璃钢，背后有凝胶涂层和铝结构。他们需要轻质但也需要美观的表面处理。我们正在研究广泛的应用，包括医疗、电气和建筑。”

该公司还在研究热成型碳纤维增强塑料 (CFRP)。 “我们已经形成了 Tepex 和 Polystrand 材料，并且正在与医疗客户一起进行各种开发，”Kieffer 说。 “我们可以使用像 Kydex 这样的高端塑料材料，并用用于航空航天的 CF/环氧树脂作为支撑，或者使用聚氨酯、聚碳酸酯和 ABS 等材料，这些材料可以提供良好的外部饰面并且具有成本效益。在后一种塑料背后，我们可以使用玻璃纤维增​​强聚酯、乙烯基酯或环氧树脂层压板。”

基弗说，Plastics Unlimited 在塑料、金属和复合材料的交叉领域开展业务。 “我们的零件通常比钢轻 30% 到 40%。但我们发现市场仍然需要对复合材料是什么以及它们能做什么进行相当多的教育。”尽管如此，该公司认为未来的增长潜力很大。 “并非所有材料都可以搭配使用，尤其是并非所有树脂都可以与所有塑料搭配使用，”他指出。 “多年来，我们进行了大量测试和开发，因此我们非常了解形势和可能性。我们拥有独特的专业知识，并提供一系列独特的可能解决方案。”