注射成型之結(jié)構(gòu)發(fā)泡成型技術(shù)科普
注射成型能夠制造復(fù)雜三維形狀塑料制品的獨(dú)特性。然而，這種成型方法也面臨著許多可能限制其潛在應(yīng)用的挑戰(zhàn)。它有兩個(gè)問(wèn)題：
1. 對(duì)制品幾何形狀的某些限制
2. 模塑制品的尺寸穩(wěn)定性
一方面，對(duì)于較厚的模塑制品，由于聚合物熱導(dǎo)率低，導(dǎo)致冷卻時(shí)間延長(zhǎng)。因此，常規(guī)的注塑制品受到限制，要求制品總體上壁厚均勻，其厚度范圍為1~ 5mm。
另一方面，對(duì)于薄壁制品，其成型需要采用極高的注射壓力和注射速度以避免充模期間熔體的過(guò)早固化。
這就說(shuō)明了為什么難以采用注射成型方法獲得很大或者很小的制品，即制品幾何形狀受到限制。對(duì)于不同結(jié)構(gòu)部位存在顯著壁厚差異的制品，成型時(shí)容易產(chǎn)生凹痕和空穴，且有可能因不均勻收縮而導(dǎo)致翹曲的產(chǎn)生。
盡管如此，按壁厚均勻而設(shè)計(jì)的制品并不能避免尺寸穩(wěn)定性的問(wèn)題。收縮是注射成型中所固有的現(xiàn)象，是由于物料從加工溫度冷卻至室溫時(shí)聚合物的比容減小而產(chǎn)生的。
在注射成型過(guò)程中，物料組分的熱傳遞影響制品整體和橫截面上收縮情況的變化。如果收縮是非均勻的，將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)成型過(guò)程誘導(dǎo)應(yīng)力過(guò)高，足以打破制品的結(jié)構(gòu)規(guī)整性時(shí)，制品一頂出就發(fā)生翹曲，導(dǎo)致其在工作載荷下受損或破裂。
所以由此產(chǎn)生了許多特殊發(fā)泡注射成型工藝，以應(yīng)對(duì)前面所述的問(wèn)題，或用于生產(chǎn)具有特殊結(jié)構(gòu)的制品，這是常規(guī)的注射成型工藝在經(jīng)濟(jì)效益條件下所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
這些工藝方法包括：
氣體輔助注射成型、反應(yīng)注射發(fā)泡成型、低壓發(fā)泡成型、高壓發(fā)泡成型、共注射發(fā)泡成型及微孔注射發(fā)泡成型等。
發(fā)泡注射成型你了解多少？
發(fā)泡塑料是以熱塑性或熱固性樹脂為基體，其內(nèi)部具有無(wú)數(shù)微小氣孔的塑料。發(fā)泡是塑料加工的重要方法之一，塑料發(fā)泡得到的泡沫塑料含有氣固兩項(xiàng)-氣體和固體。氣體以泡孔的形式存在于泡沫體中，泡孔與泡孔互相隔絕的稱為閉孔，連通的稱為開孔，從而有閉孔泡沫塑料和開孔泡沫塑料之分。泡沫結(jié)構(gòu)的開孔或閉孔是由原材料性能及其加工工藝所決定的。
塑料發(fā)泡的技術(shù)淵源久遠(yuǎn)。最早是20年代初期的泡沫膠木，用類似制造泡沫橡膠的方法制?。?/span>30年代出現(xiàn)硬質(zhì)聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫；40年代有聚乙烯、聚氯乙烯、環(huán)氧樹脂、酚醛泡沫；50年代則有可發(fā)性聚苯乙烯泡沫和軟質(zhì)聚氨酯泡沫。
現(xiàn)在，基本上所有的塑料，包括熱塑性和熱固性的都可以發(fā)泡為泡沫塑料。工業(yè)上的制備方法有：擠出發(fā)泡、注塑發(fā)泡、模塑發(fā)泡、壓延發(fā)泡、粉末發(fā)泡和噴涂發(fā)泡等等。其中，注塑發(fā)泡是最重要的成型方法之一，在這里重點(diǎn)講述注塑成型發(fā)泡。
什么是發(fā)泡成型原理？
塑料的發(fā)泡方法根據(jù)所用發(fā)泡劑的不同可以分為物理發(fā)泡法和化學(xué)發(fā)泡法兩大類。在這里首先簡(jiǎn)單介紹一下發(fā)泡劑。
什么是發(fā)泡劑，有幾種類型？
發(fā)泡劑可簡(jiǎn)單粗分為物理發(fā)泡劑與化學(xué)發(fā)泡劑兩類。對(duì)物理發(fā)泡劑的要求是：無(wú)毒、無(wú)臭、無(wú)腐蝕作用、不燃燒、熱穩(wěn)定性好、氣態(tài)下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、氣態(tài)時(shí)在塑料熔體中的擴(kuò)散速度低于在空氣中的擴(kuò)散速度。常用的物理發(fā)泡劑有空氣、氮?dú)狻⒍趸?、碳?xì)浠衔铩⒎旱龋?/span>
化學(xué)發(fā)泡劑是一種受熱能釋放出氣體諸如氮?dú)?、二氧化碳等的物質(zhì)，對(duì)化學(xué)發(fā)泡劑的要求是：其分解釋放出的氣體應(yīng)為無(wú)毒、無(wú)腐蝕性、不燃燒、對(duì)制品的成型及物理、化學(xué)性能無(wú)影響，釋放氣體的速度應(yīng)能控制，發(fā)泡劑在塑料中應(yīng)具有良好的分散性。應(yīng)用比較廣泛的有無(wú)機(jī)發(fā)泡劑如碳酸氫鈉和碳酸銨，有機(jī)發(fā)泡劑如偶氮甲酰胺和偶氮二異丁腈。
什么是物理發(fā)泡法？
簡(jiǎn)單地講，就是利用物理的方法來(lái)使塑料發(fā)泡，一般有三種方法：
（1）先將惰性氣體在壓力下溶于塑料熔體或糊狀物中，再經(jīng)過(guò)減壓釋放出氣體，從而在塑料中形成氣孔而發(fā)泡；
（2）通過(guò)對(duì)溶入聚合物熔體中的低沸點(diǎn)液體進(jìn)行蒸發(fā)使之汽化而發(fā)泡；
（3）在塑料中添加空心球而形成發(fā)泡體而發(fā)泡等。
物理發(fā)泡法所用的物理發(fā)泡劑成本相對(duì)較低，尤其是二氧化碳和氮?dú)獾某杀镜?，又能阻燃、無(wú)污染，因此應(yīng)用價(jià)值較高；而且物理發(fā)泡劑發(fā)泡后無(wú)殘余物，對(duì)發(fā)泡塑料性能的影響不大。但是它需要專用的注塑機(jī)以及輔助設(shè)備，技術(shù)難度很大。
什么是化學(xué)發(fā)泡法？
化學(xué)發(fā)泡法是利用化學(xué)方法產(chǎn)生氣體來(lái)使塑料發(fā)泡：對(duì)加入塑料中的化學(xué)發(fā)泡劑進(jìn)行加熱使之分解釋放出氣體而發(fā)泡；另外也可以利用各塑料組分之間相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放出的氣體而發(fā)泡。
采用化學(xué)發(fā)泡劑進(jìn)行發(fā)泡塑料注塑的工藝基本上與一般的注塑工藝相同。塑料的加熱升溫、混合、塑化及大部分的發(fā)泡膨脹都是在注塑機(jī)中完成的。
總之，不論選取哪一種塑料原料，也不論采用哪一種發(fā)泡方法，其發(fā)泡過(guò)程一般都要經(jīng)過(guò)形成氣泡核，氣泡核膨脹，泡體固化定型等階段。
什么是結(jié)構(gòu)發(fā)泡成型？
結(jié)構(gòu)發(fā)泡法（StructralFoamMolding）屬于化學(xué)發(fā)泡法，采用注射成型方法生產(chǎn)的塑料泡沫制品。在成型過(guò)程中，采用化學(xué)發(fā)泡劑(CBA) 或物理發(fā)泡劑(PBA) 以獲得微孔(泡沫) 結(jié)構(gòu)。
它是注射成型工藝技術(shù)中的一項(xiàng)革命。它保留了傳統(tǒng)注射成型工藝的許多優(yōu)點(diǎn)，又避免了傳統(tǒng)注塑工藝中遇到的一些問(wèn)題，如制品強(qiáng)度不夠、生產(chǎn)周期太長(zhǎng)、模塑率低等。
結(jié)構(gòu)泡沫制品與實(shí)心制品相比，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，包括：無(wú)凹痕、微小的翹曲和極低的殘余應(yīng)力、高比剛度、輕質(zhì)、降低材料成本。
另外，采用結(jié)構(gòu)發(fā)泡技術(shù)還可模塑大型復(fù)雜制品、使用低成本模具、多模腔可同時(shí)操作，從而降低制品生產(chǎn)成本。結(jié)構(gòu)發(fā)泡制品是一種具有致密表層的連體發(fā)泡材料，其單位重量強(qiáng)度和剛度比同種未發(fā)泡的材料高3~4倍。
結(jié)構(gòu)發(fā)泡法最大的特點(diǎn)是可以不用增加設(shè)備，家用普通的注塑機(jī)便可以注塑生產(chǎn)，不過(guò)采用模腔擴(kuò)大法發(fā)泡的高壓結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑機(jī)與普通注塑機(jī)相比，增加了二次合模保壓裝置。
近年來(lái)，結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑成型技術(shù)得到了很廣泛的發(fā)展，成型方法也很多，但歸納起來(lái)可以分為三種：低壓發(fā)泡法；高壓發(fā)泡法（注：此處的低壓和高壓指模具模腔內(nèi)的壓力）；雙組分發(fā)泡法。
由于這些優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)泡沫在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，有如下幾種從傳統(tǒng)模塑技術(shù)演變而來(lái)的工藝：
低壓發(fā)泡成型；高壓發(fā)泡成型；氣體反壓發(fā)泡成型；共注射發(fā)泡成型；順序注射發(fā)泡成型；
A、低壓發(fā)泡成型
所謂低壓發(fā)泡成型，是指在高注射壓力下，可將混合物部分地填充模具型腔，在自膨脹發(fā)泡過(guò)程中產(chǎn)生的氣體內(nèi)壓，有助于均勻擠壓模腔，從而對(duì)收縮現(xiàn)象進(jìn)行補(bǔ)償，并防止凹痕的出現(xiàn)。由于成本較低，低壓發(fā)泡成型工藝目前約占據(jù)世界熱塑性結(jié)構(gòu)泡沫生產(chǎn)總量的90%。
低壓發(fā)泡成型的某些缺點(diǎn)限制了其在更廣領(lǐng)域的應(yīng)用。這些缺點(diǎn)包括：產(chǎn)生大的泡孔尺寸、發(fā)泡膨脹尺寸分布不均。
這些缺點(diǎn)可能導(dǎo)致制品的力學(xué)性能變差，尤其是沖擊性能下降，從而限制結(jié)構(gòu)泡沫在承載領(lǐng)域的應(yīng)用。低壓發(fā)泡成型的另一個(gè)缺點(diǎn)是較低的孔隙率(一般低于15%)，限制了材料成本的降低。雖然可以通過(guò)加大發(fā)泡劑用量或?qū)ν荒Ｋ苋莘e減小注射量的方法來(lái)提高孔隙率，但產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可能會(huì)因?yàn)樵诎l(fā)泡制品中存在大氣泡而發(fā)生劣變。
在某些薄壁制品的應(yīng)用中，由于制品截面形成的大氣泡，出現(xiàn)破裂的機(jī)會(huì)增大了。另一個(gè)存在的問(wèn)題是泡沫表面質(zhì)量較差，通常呈現(xiàn)為表面粗糙或存在亂紋，這是由充模階段的噴射流效應(yīng)形成的。亂紋表面質(zhì)量可能形成集中應(yīng)力，導(dǎo)致制品的機(jī)械強(qiáng)度降低。
B、高壓發(fā)泡成型
與低壓發(fā)泡成型的對(duì)比如下：
高壓發(fā)泡注射成型即“注射—壓縮工藝”，在此工藝中含有發(fā)泡劑的預(yù)塑熔體，首先在高壓下注人模具內(nèi)而充滿模腔。與常規(guī)注射成型一樣，模具在高壓下進(jìn)行壓縮。然而，所需的壓縮壓力低于常規(guī)注射成型工藝。較高的模內(nèi)壓力可阻止發(fā)泡劑膨脹，使得產(chǎn)生的亂紋更少。一旦形成實(shí)心表皮，模具就打開擴(kuò)大容積以使發(fā)泡劑在制件內(nèi)部膨脹。
C、氣體反壓發(fā)泡成型
熔體和發(fā)泡劑壓人儲(chǔ)料缸
熔體注入增壓模具型腔
氣體反壓釋放，模內(nèi)多余的發(fā)泡材料壓入儲(chǔ)料缸
開模和制品頂出
氣體反壓發(fā)泡成型被認(rèn)為是“無(wú)亂紋”成型技術(shù)。反壓概念與氣體增壓模具有關(guān)，其通過(guò)控制排氣作用，可在成型周期的發(fā)泡膨脹階段形成光滑表面。
它提供了一種控制發(fā)泡過(guò)程的方法，而這種方法往往影響制品的結(jié)構(gòu)及許多重要的制品特性。在降低密度的效果方面，由反壓法生產(chǎn)的制品比傳統(tǒng)的低壓結(jié)構(gòu)泡沫加工方法低5%~10%，但制品截面具有更均勻的泡孔結(jié)構(gòu)，從而改善許多物理性能。
該工藝在注入塑料之前，壓力密閉模具被施以氣體反壓。當(dāng)達(dá)到合適的模內(nèi)反壓，含有分散的壓縮發(fā)泡劑的預(yù)塑化熔體被注人模具。在注射過(guò)程中，尚未被充滿的模具在容積減小的同時(shí)，需控制排氣以維持恒定的反壓。一旦形成所需厚度的實(shí)心光滑表皮，模內(nèi)的氣體反壓就被釋放以允許模塑物體的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)發(fā)泡膨脹。
D、共注射發(fā)泡成型
1.皮層注射
2.芯部注射
3.充模即將結(jié)束
4.注射皮層以封閉澆口
共注射發(fā)泡成型，也就是所謂的“夾心”發(fā)泡成型，是將“皮層”材料和相容的“芯部”材料順序或同時(shí)注人模具型腔。由于噴射流效應(yīng)的作用，芯部材料在皮層內(nèi)部流動(dòng)，將位于高溫芯部的剩余熔融皮層材料向模具型腔的末端推擠，最終獲得實(shí)心表皮包裹著發(fā)泡芯部的制品。
注塑設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)皮層材料和芯部材料的獨(dú)立注射，共注射發(fā)泡成型具有發(fā)揮每一種材料的最佳性能的固有靈活性，能夠降低材料成本、注射壓力、鎖模噸位及減小殘余應(yīng)力。它還能實(shí)現(xiàn)對(duì)制品性能的改進(jìn)，這是該工藝最獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)之一。
當(dāng)一種材料不能提供生產(chǎn)最終產(chǎn)品所需的所有性能時(shí)，該工藝還可使用便宜的芯部材料和昂貴的皮層材料作為組分，以獲得具有A級(jí)表面和低成本回收芯部的制品，包括：軟質(zhì)皮層包裹著硬質(zhì)芯部的方向盤和扶手，具有耐化學(xué)性皮層的發(fā)動(dòng)機(jī)罩組件，具有電磁屏蔽(EMI) 皮層或芯部的電子柜等等。
E、順序注射發(fā)泡成型
從第一組噴嘴注入，僅填充模具中心部位
從第二組噴嘴注入，僅填充中心區(qū)域的鄰近區(qū)域
從第三組噴嘴注入，完全充滿模具
開模并重新填充儲(chǔ)料缸，開始下一循環(huán)
順序注射發(fā)泡成型工藝的實(shí)現(xiàn)是采用多噴嘴，在制品的不同部位進(jìn)行充模，以改善局部流動(dòng)性，并對(duì)制品充模難至的區(qū)域加以填充。每一個(gè)多噴嘴均具備獨(dú)立的溫度和液壓控制，通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)熱流道支管和噴嘴定位孔，可以安裝在不同位置。
認(rèn)識(shí)到其對(duì)特大制品及結(jié)構(gòu)極復(fù)雜制品的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)后，順序注射發(fā)泡成型在塑料工業(yè)日益受到重視。順序注射的直接結(jié)果是，可以對(duì)充模過(guò)程進(jìn)行細(xì)致的規(guī)劃，并通過(guò)注射量和注射速度的單獨(dú)控制來(lái)完成充模過(guò)程。
這產(chǎn)生了許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：加工窗口的溫度范圍寬，降低鎖模噸位，模腔壓力低，可成型特大、復(fù)雜制品，具有高度靈活性和可控性。
對(duì)于發(fā)泡注射成型來(lái)說(shuō)，除了結(jié)構(gòu)發(fā)泡，還有兩個(gè)研究方向：微孔發(fā)泡成型和發(fā)泡添加劑。這會(huì)涉及到更加復(fù)雜研究，如間接、半連續(xù)和連續(xù)微孔注射，發(fā)泡成核劑、發(fā)泡劑、氣體在聚合物中的溶解問(wèn)題，泡孔成核、均相與非均相，孔隙等等問(wèn)題。
以上就是100唯爾(100vr.com)小編為您介紹的關(guān)于塑料的知識(shí)技巧了，學(xué)習(xí)以上的注射成型之結(jié)構(gòu)發(fā)泡成型技術(shù)科普知識(shí)，對(duì)于塑料的幫助都是非常大的，這也是新手學(xué)習(xí)模具專業(yè)所需要注意的地方。如果使用100唯爾還有什么問(wèn)題可以點(diǎn)擊右側(cè)人工服務(wù)，我們會(huì)有專業(yè)的人士來(lái)為您解答。
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