高壓結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑簡介

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；成核力較強的熔體，適當減小射膠量，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：熔體溫度過高會導致黏度下降，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，但過高易導致泡孔直徑變大，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行發(fā)泡。操作簡單，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性能的損失。

注壓發(fā)泡：單相熔體首先注入到一個部分打開的型腔中，利用多余空間發(fā)泡后在很短時間內(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。

延時二次開模發(fā)泡：熔體注滿型腔后延遲數(shù)秒使動模在厚度方向上打開到所需厚度，釋放空間進行發(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，使的晶體周圍氣體濃度升高，可以促進泡孔的成核。

聚合物共混

聚合物共混對于調(diào)控發(fā)泡形貌具有重要的意義，通過共混，材料在保持自身性能的同時，還可以通過協(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；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 個數(shù)量級，泡孔密度可以增加 2～3 個數(shù)量級。

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注射成型能夠制造復雜三維形狀塑料制品的獨特性。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)。它有兩個問題：

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。在成型過程中，采用化學發(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)泡沫制品與實心制品相比，具有顯著的優(yōu)點，包括：無凹痕、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，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)泡過程中產(chǎn)生的氣體內(nèi)壓，有助于均勻擠壓模腔，從而對收縮現(xiàn)象進行補償，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)泡成型的某些缺點限制了其在更廣領(lǐng)域的應(yīng)用。這些缺點包括：產(chǎn)生大的泡孔尺寸、發(fā)泡膨脹尺寸分布不均。

這些缺點可能導致制品的力學性能變差，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)泡成型的另一個缺點是較低的孔隙率(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提高孔隙率，但產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可能會因為在發(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)破裂的機會增大了。另一個存在的問題是泡沫表面質(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，導致制品的機械強度降低。

B、高壓發(fā)泡成型

與低壓發(fā)泡成型的對比如下：

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。一旦形成實心表皮，模具就打開擴大容積以使發(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)泡成型被認為是“無亂紋”成型技術(shù)。反壓概念與氣體增壓模具有關(guān)，其通過控制排氣作用，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。當達到合適的模內(nèi)反壓，含有分散的壓縮發(fā)泡劑的預塑化熔體被注人模具。在注射過程中，尚未被充滿的模具在容積減小的同時，需控制排氣以維持恒定的反壓。一旦形成所需厚度的實心光滑表皮，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，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，最終獲得實心表皮包裹著發(fā)泡芯部的制品。

注塑設(shè)備需要實現(xiàn)皮層材料和芯部材料的獨立注射，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。它還能實現(xiàn)對制品性能的改進，這是該工藝最獨特的優(yōu)點之一。

當一種材料不能提供生產(chǎn)最終產(chǎn)品所需的所有性能時，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，具有耐化學性皮層的發(fā)動機罩組件，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)泡成型工藝的實現(xiàn)是采用多噴嘴，在制品的不同部位進行充模，以改善局部流動性，并對制品充模難至的區(qū)域加以填充。每一個多噴嘴均具備獨立的溫度和液壓控制，通過使用標準熱流道支管和噴嘴定位孔，可以安裝在不同位置。

認識到其對特大制品及結(jié)構(gòu)極復雜制品的獨特優(yōu)勢后，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，可以對充模過程進行細致的規(guī)劃，并通過注射量和注射速度的單獨控制來完成充模過程。

這產(chǎn)生了許多獨特的優(yōu)點：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、復雜制品，具有高度靈活性和可控性。

對于發(fā)泡注射成型來說，除了結(jié)構(gòu)發(fā)泡，還有兩個研究方向：微孔發(fā)泡成型和發(fā)泡添加劑。這會涉及到更加復雜研究，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題，泡孔成核、均相與非均相，孔隙等等問題。

來源：微注塑