高壓結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑

注塑工藝調(diào)節(jié)

注射速率：提高注射速率可以增大孔隙率，降低泡孔直徑；

射膠量：成核能力較弱的溶體，增加射膠量可以限制發(fā)泡空間；成核力較強(qiáng)的熔體，適當(dāng)減小射膠量，可以提供一定的發(fā)泡膨脹空間，獲得較小的泡孔尺寸；

熔體溫度：熔體溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致黏度下降，抵抗泡孔變形的能力降低，泡孔直徑較大且形狀不規(guī)則；

模具溫度：較高的模具溫度有助于增加泡孔密度，降低皮層厚度，但過(guò)高易導(dǎo)致泡孔直徑變大，發(fā)生并泡。

發(fā)泡工藝調(diào)節(jié)

微發(fā)泡注塑工藝，射入的型腔中的單相熔體體積小于型腔體積以提供多余的空間進(jìn)行發(fā)泡。操作簡(jiǎn)單，但由于受到型腔內(nèi)部剪切流和溫度的影響，氣體損失較大，泡孔結(jié)構(gòu)不一致從而造成力學(xué)性能的損失。

注壓發(fā)泡：?jiǎn)蜗嗳垠w首先注入到一個(gè)部分打開(kāi)的型腔中，利用多余空間發(fā)泡后在很短時(shí)間內(nèi)依靠鎖模力壓縮至所需的試樣厚度。由于熔體填充完畢后，施加壓力使得型腔內(nèi)部熔體壓力增大，臨界成核半徑增大，制品內(nèi)部泡孔尺寸重新分布且趨于一致。

延時(shí)二次開(kāi)模發(fā)泡：熔體注滿型腔后延遲數(shù)秒使動(dòng)模在厚度方向上打開(kāi)到所需厚度，釋放空間進(jìn)行發(fā)泡，可以促使結(jié)晶材料的結(jié)晶度增加。早期晶體的形成，使的晶體周?chē)鷼怏w濃度升高，可以促進(jìn)泡孔的成核。

聚合物共混

聚合物共混對(duì)于調(diào)控發(fā)泡形貌具有重要的意義，通過(guò)共混，材料在保持自身性能的同時(shí)，還可以通過(guò)協(xié)同效應(yīng)提供額外的性能。例如：增大氣體在基體中溶解度、擴(kuò)散系數(shù)和提高熔體黏度等。

加入填料

區(qū)別于均相成核，填料的加入會(huì)引發(fā)發(fā)泡體系異相成核從而改善發(fā)泡形貌。其具體的作用可以歸納為如下：明顯降低體系成核的臨界自由能壘；增加體系的成核點(diǎn)；增加熔體的黏度，產(chǎn)生應(yīng)變硬化的效果，有效抑制泡孔的長(zhǎng)大和合并。目前可供使用的填料種類有很多，如納米碳酸鈣、納米粘土、SiO 2 、碳納米管等，其中納米粘土的應(yīng)用最為廣泛。

填料尺寸、形狀以及分散狀態(tài)不同對(duì)于發(fā)泡效果的影響不同。許多研究表明，添加納米顆粒后，泡孔尺寸可以降低 1 個(gè)數(shù)量級(jí)，泡孔密度可以增加 2～3 個(gè)數(shù)量級(jí)。

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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：

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。

結(jié)構(gòu)發(fā)泡

結(jié)構(gòu)泡沫是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)。

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。

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：

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(kāi)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

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

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(pán)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

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。

來(lái)源：微注塑