注塑成型新工藝.doc

塑料注射成型新工藝內(nèi)容摘要:塑料制品，且成型過程自動化程度高，在塑料成型加工中有著廣泛的應(yīng)用。但隨著塑料制品聽應(yīng)用日益廣泛，人們對塑料制品的精度、形狀、功能、成本等提出了更高的要求，傳統(tǒng)的注射成型工藝已難以適應(yīng)這種要求，主要表現(xiàn)在生產(chǎn)大面積結(jié)構(gòu)制件時，高的熔體粘度需要高的注塑壓力，高的注塑壓力要求大的鎖模力，從而增加了機器和塑料制品，且成型過程自動化程度高，在塑料成型加工中有著廣泛的應(yīng)用。但隨著塑料制品聽應(yīng)用日益廣泛，人們對塑料制品的精度、形狀、功能、成本等提出了更高的要求，傳統(tǒng)的注射成型工藝已難以適應(yīng)這種要求，主要表現(xiàn)在生產(chǎn)大面積結(jié)構(gòu)制件時，高的熔體粘度需要高的注塑壓力，高的注塑壓力要求大的鎖模力，從而增加了機器和模具的費用；生產(chǎn)厚壁制件時，難以避免表面縮痕和內(nèi)部縮孔，塑料件尺寸精度差；加工纖維增加復合材料時，缺乏對纖維取向的控制能力，基體中纖維分布隨機，增強作用不能充分發(fā)揮。因而在傳統(tǒng)注射成型技術(shù)的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了一些新的注射成型工藝，如氣體輔助注射、剪切控制取向注射、層狀注射、熔芯注射、低壓注射等，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。 1氣體(水)輔助注射成型 氣體輔助注射成型是自往復式螺桿注塑機問世以來，注射成型技術(shù)最重要的發(fā)展之一。它通過高壓氣體在注塑制件內(nèi)部產(chǎn)生中空截面，利用氣體積壓，減少制品殘余內(nèi)應(yīng)力，消除制品表面縮痕，減少用料，顯示傳統(tǒng)注射成型無法比擬的優(yōu)越性。氣體輔助注射的工藝過程主要包括三個階段： 起始階段為熔體注射。該階段把塑料熔體注人型腔，與傳統(tǒng)注射成型相同，但是熔體只充滿型腔的6095，具體的注射量隨產(chǎn)品而異。 第二階段為氣體注人。該階段把高壓惰性氣體注人熔體芯部，熔體前沿在氣體壓力的驅(qū)動下繼續(xù)向前流動，直至充滿整個型腔。氣輔注塑時熔體流動距離明顯縮短，熔體注塑壓力可以大為降低。氣體可通過注氣元件從主流道或直接由型腔進人制件。因氣體具有始終選擇阻力最?。ǜ邷亍⒌驼常┑姆较虼┩傅奶匦?，所以需要在模具內(nèi)專門設(shè)計氣體的通道。 第三階段為氣體保壓。該階段使制件在保持氣體壓力的情況下冷卻進一步利用氣體各向同性的傳壓特性在制件內(nèi)部均勻地向外施壓，并通過氣體膨脹補充因熔體冷卻凝固所帶來的體積收縮（二次穿透），保證制品外表面緊貼模壁。 氣輔技術(shù)為許多原來無法用傳統(tǒng)工藝注射成型的制件采用注塑提供了可能，在汽車、家電、家具、電子器件、日常用品、辦公自動化設(shè)備、建筑材料等幾乎所有塑料制件領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且作為一項帶有挑戰(zhàn)性的新工藝為塑料成型開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。氣輔技術(shù)特別適用于制作以下幾方面的注塑制品： 1）管狀、棒狀制品 如手柄、掛鉤、椅子扶手、淋浴噴頭等。采用中空結(jié)構(gòu)，可在不影響制品功能和使用性能的前提下；大幅度節(jié)省原材料，縮短冷卻時間和生產(chǎn)周期。 2）大型平板制件 如汽車儀表板、內(nèi)飾件格柵、商用機器的外軍及拋物線形衛(wèi)星天線等。通過在制件內(nèi)設(shè)置式氣道，可以顯著提高制品的剛度和表面質(zhì)量，減小翹曲變形和表面凹陷,大幅度降低鎖模力，實現(xiàn)用較小的設(shè)備成型較大的制件。 3）厚、薄壁一體的復雜結(jié)構(gòu)制品 如電視機、計算機、打印機外殼及內(nèi)部支撐和外部裝飾件等。這類制品通常用傳統(tǒng)注塑工藝無法一次成型，采用氣輸技術(shù)提高了模具設(shè)計的自由度，有利于配件集成，如松下74cm電視機外殼所需的內(nèi)部支撐和外部裝飾件的數(shù)量從常規(guī)注塑工藝的17個減至18個，可大幅度縮短裝配時間。 水輔助注射成型是IKV公司在氣體輔助注射成型技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的新技術(shù)，是用水代替氮氣輔助館體流動，最后利用壓縮空氣將水從制件中壓出。與氣體輔助注射成型相比，水輔助注射成型能夠明顯縮短成型時間和減小制品壁厚，可應(yīng)用于任何熱塑性塑料，包括那些分子量較低、容易被吹穿的塑料，且可以生產(chǎn)大直徑（40mm以上）棒狀或管狀空心制件，例如，對于直徑為10mm的制件，生產(chǎn)周期可從60s減至10s（壁厚l1.5mm）；而直徑為30mm的制件，生產(chǎn)周期則可由180s減到40s（壁厚2.530mm）。 IKV公司和FerromatikMilacron公司目前正在完善樣機，其他一些氣輔注塑廠商如Baitenfeld公司和Engel公司最近也加入到開發(fā)的隊伍中來。水輔助注射成型主要用于生產(chǎn)內(nèi)表面光滑、重要性的介質(zhì)導管；其質(zhì)量和經(jīng)濟效益都是氣體輔助注射技術(shù)所不及的。優(yōu)點：1。可以成型薄厚壁一體的復雜塑料件?？梢猿尚椭锌占訌娎叩膯栴}。 2?？梢越鉀Q厚壁制件表面收縮痕的問題 3?？梢杂眯〉某尚蜋C成型大的制件。 4與結(jié)構(gòu)泡沫成型相比由于是用氣體在熔體中間形成空間，所以既能保證結(jié)構(gòu)泡沫質(zhì)量輕的特點又可以成型良好的質(zhì)量外觀。 5.成型周期短，節(jié)省原材料 6?？赏瓿芍锌粘尚秃妥⑸涑尚筒荒芡瓿傻娜恢锌罩破烦尚?。2.模具滑動注射成型 模具滑動注射成型是由日本制鋼所開發(fā)的一種兩步注射成型法，主要用于中空制品的制造。其原理是首先將中空制品一分為二，兩部分分別注射形成半成品，然后將兩部分半成品和模具滑動至對合位置，二次合模，在制品兩部分結(jié)合縫再注入塑料熔體（2次注），最后得到完整的中空制品。與吹塑性品相比，該法型制品具有表面精度好、尺寸精度高、壁厚均勻且設(shè)計自由度大等優(yōu)點。 在制造形狀復雜的中空制品時，模具滑動注射成型法與傳統(tǒng)的二次法（如超聲波熔接）相比，其優(yōu)點是：不需要將半成品從模具取出，因而可以避免半成品在模具外冷卻所引起的制品形狀精度下降的問題；此處還可以避免二次熔接法因產(chǎn)生局部應(yīng)力而引起的熔接強度降低問題。 3.熔芯注射成型 當注射成型結(jié)構(gòu)上難以脫模的塑料件，如汽車輸油管和進排氣管等復雜形狀的空心塑料件時，一般是將它們分成兩半成型，然后再拼合起來，致使塑料件的密封性較差。隨著這類塑料件應(yīng)用的日益廣泛，人們將類似失蠟鑄造的熔芯成型工藝引入注射成型，形成了所謂的熔芯注射成型方法。 熔芯注射成型的基本原理是：先用低熔點合金鑄造成可熔型芯，然后把可熔型芯作為該件放入模具中進行注射成型，冷卻后把含有型芯的制件從模腔中取出，再加熱將型芯熔化。為縮短型芯熔出時間，減少塑料件變形和收縮。 一般采用油和感應(yīng)線圈同時加熱的方式，感應(yīng)加熱使可熔型芯從內(nèi)向外熔化，油加熱熔化殘存在塑料件內(nèi)表面的合金表皮層。 熔芯注射成型特別適于形狀復雜、中空和不宜機械加工的復合材料制品，這種成型方法與吹塑和氣輔助注射成型相比，雖然要增加鑄造可熔型芯模具和設(shè)備及熔化型芯的設(shè)備，但可以充分利用現(xiàn)有的注塑機，且成型的自由度也較大。 熔芯注射成型中，制件是圍繞芯件制成的。制成后芯件隨即被格去，這似乎與傳統(tǒng)基礎(chǔ)工業(yè)的做法類似，并不新奇。但是關(guān)鍵問題在于芯件的材料，傳統(tǒng)的材料是不可能用來作為塑料加工中的芯件的，首先是不夠堅硬，難以在成型過程保持其形狀，尤其是不能承受壓力和熔體的沖擊，更主要的是精度絕不適合塑料制品的要求，所以，關(guān)鍵是要找到芯件的合適材料。目前常采用的SnBi和Sn-Pb低熔點合金。 熔芯注射成型已發(fā)展成一專門的注射成型分支，伴隨著汽車工業(yè)對高分子材料的需求，有些制件已實現(xiàn)批量生產(chǎn)地如，網(wǎng)球拍手柄是首先大批量生產(chǎn)的熔芯注射成型制品；而汽車發(fā)動機的全塑多頭集成進氣管已獲得廣泛應(yīng)用；其它的新的用途有：汽車水泵、水泵推進輪、離心熱水泵、航天器油泵等。 4受控低壓注射成型 傳統(tǒng)的注射成型過程可分為控制熔體入口速度的充填過程和控制熔體入口壓力對塑料冷卻收縮進行補料的保壓過程。充填過程中熔體的入口速度是一定的，隨著充填過程的進行，熔體在模腔內(nèi)的流動阻力逐漸增加，因而熔體入口壓力也容易隨著增高，在充填結(jié)束時入口壓力出現(xiàn)較高峰值。由于高壓在型腔內(nèi)的作用，不僅會造成熔料溢邊、漲模等不良現(xiàn)象，而且會使塑料件內(nèi)部產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，塑料件脫模后易出現(xiàn)翹曲和變形，使塑料件形狀精度和尺寸精度難以滿足較高要求，在使用過程中也易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。 為了降低或避免塑料在充填過程中因較高的型腔壓力產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，將塑料件的變形限制在較低的范圍內(nèi)，應(yīng)以塑料件充填所需的最低壓力進行充填，這樣就可降低型腔內(nèi)壓力。受控低壓注射成型與傳統(tǒng)注射成型的主要差別在于：傳統(tǒng)注射成型充填階段控制的是注射速率，而低壓注射成型充填階段控制的是注射壓力。在低壓注射過程中，型腔入口壓力恒定，但注射速率是變化的，開始以很高的速度進行注射，隨著注射時間的延長，注射速率逐漸降低，這樣就可以大幅度消除塑料件內(nèi)應(yīng)力，保證塑料件的精度。高速注射時，熔體高速流動所產(chǎn)生的剪切粘性熱可提高熔體溫度，降低熔體粘度，使熔體在低壓下充滿型腔成為可能。由于低壓注射是以恒定壓力為基準進行熔體充填，因而低壓注射機有其獨特的油壓系統(tǒng)。 為了實現(xiàn)低壓高速成型，需對傳統(tǒng)注塑機的注射系統(tǒng)作必要的改進，目前國外已開發(fā)出多腔液壓注射系統(tǒng)，其主要功能有： 1）在同一油壓下可多級變換最高注塑壓力； 2）可在低注塑壓力下實施高速注射。 由于低壓注射成型的基本原理與一般注射成型相同，所以兩種成型方式所用模具的結(jié)構(gòu)完全一樣。但低壓注射成型用低壓充填，不出現(xiàn)壓力峰值，可避免細小型芯的折斷或損壞，有利于提高模具的使用壽命。另一方面由于低壓注射成型對模具的磨損較小，對模具的溫度控制和排氣等要求也不很高。可采用由鋅-鋁合金材料制造和簡易注塑模，這樣不僅可以降低生產(chǎn)成本，而且能快速地生產(chǎn)出小批量精密塑料件，以適應(yīng)目前市場上多品種、小批量生產(chǎn)的需要。 5注射-壓縮成型 這種成型工藝是為了成型光學透鏡面開發(fā)的。其成型過程為：模具首次合模，但動模、定模不完全閉合而保留一定的壓縮間隙，隨后向型腔內(nèi)注射熔體；熔體注射完畢后，由專設(shè)的閉?；钊麑嵤┒缓夏?，在模具完全閉合的過程中，型腔中的熔體再一次流動并壓實。 與一般的注射成型相比，注射-壓縮成型的特點是： 1）熔體注射是在模腔未完全閉合情況下進行的，因而流道面積大，流動阻力小，所需的注塑壓力也小。 2）熔體收縮是通過外部施加壓力給模腔使模腔尺寸變?。Ｇ恢苯訅嚎s熔體）來補償?shù)模蚨颓怀蓧毫Ψ植季鶆颉?因此，注射-壓縮成型可以減少或消除由充填和保壓產(chǎn)生的分子取向和內(nèi)應(yīng)力，提高制品材質(zhì)的均勻性和制品的尺寸穩(wěn)定性，同時降低塑料件的殘余應(yīng)力。注射-壓縮成型工藝已廣泛用于成型塑料光學透鏡。激光唱片等高精度塑料件以及難以注射成型的薄壁塑料件。此外注射一壓縮成型在玻璃纖維增強樹脂成型中的應(yīng)用也日益普及。 6.剪切控制取向注射成型 剪切在制取向注射成型實質(zhì)是通過澆口將動態(tài)的壓力施加給熔體，使模腔內(nèi)的聚合物熔體產(chǎn)生振動剪切流動，在其作用下不同熔體層中的分子鏈或纖維產(chǎn)生取向并凍結(jié)在制件中，從而控制制品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和微觀形態(tài)，達到控制制品力學性能和外觀質(zhì)量的目的。將振動引入模腔的方法有螺桿和輔助裝置加振兩種。 1）螺桿加振 螺桿加振的工作原理是給注射油缸提供脈動油壓，使注射螺桿產(chǎn)生往復移動而實現(xiàn)振動，注射螺桿產(chǎn)生的振動作用于熔體，并通過聚合物館體把振動傳入模腔，從而使模腔中的熔體產(chǎn)生振動，這種振動作用可持續(xù)到模具繞口封閉。此種裝置比較簡單，可以利用注塑機的控制系統(tǒng)，或?qū)ψ⑺軝C的液壓和電氣控制系統(tǒng)加以改造來實現(xiàn)。 2）輔助裝置加振，輔助裝置加振是將加振裝置安裝在模具與注塑機噴嘴之間，注射階段與普遍注塑一樣，通常熔體僅通過一個澆口，此澆口活塞后退以保持流道通暢，另一活塞則切斷另一流道；模腔充滿后，兩個保壓活塞在獨立的液壓系統(tǒng)驅(qū)動下開始以同樣的頻率振動，但其相位差180O。通過兩個活塞的往復運動，把振動傳入模腔，使模腔中的熔體一邊冷卻，一邊產(chǎn)生振動剪切流動。實驗證明這種工藝有助于消除制品的常見缺陷（如縮孔、裂紋、表面沉陷等），提高熔接線強度；利用剪切控制取向成型技術(shù)、通過合理設(shè)置澆口位置和數(shù)量，可以控制分子或纖維的取向，獲得比普通注射成型制品強度更高的制品。 剪切控制取向注射成型過程中聚合物熔體被注入模腔后，模腔內(nèi)開始出現(xiàn)固化層。由于固化層附近速度梯度最大，此處的熔體受到強烈的剪切作用，取向程度最大。中心層附近速度梯度小，剪切作用小，因而取向程度也小。在保壓過程中引入振動，使模腔中的聚合物熔體一邊冷卻，一邊受振動的剪切作用，振動剪切產(chǎn)生的取向因模具的冷卻作用而形成一定厚度的取向?qū)印Ｍ瑳]有振動作用相比，振動剪切流動所產(chǎn)生的取向?qū)雍穸冗h遠大于普通注射所具有的取向?qū)雍穸?，這就是模腔內(nèi)引入振動剪切流動能使制品的力學性能得到提高的原因。此外，由于振動產(chǎn)生的周期性的壓縮增壓和釋壓膨脹作用，可在薄壁部分產(chǎn)生較大的剪切內(nèi)熱，延緩這些部分的冷卻，從而使厚壁部分的收縮能從澆口得到足夠的補充，有效防止縮孔、凹陷等缺陷。 7推-拉注射成型 入注射成型的工藝，這種成型方法可消除塑料件中熔體縫、空隙、裂紋以及顯微疏松等缺陷，并可控制增強纖維的排列它采用主、輔兩個注射單元和一個雙繞口模具。工作時，主注射單元推動熔體經(jīng)過一個繞口過量充填模腔。多余的料經(jīng)另一澆口進人輔助注射單元，輔助注射螺桿后退以接受模腔中多余熔體；然后輔助注射螺桿往前運動向模腔注射熔體，主注射單元則接受模腔多余熔體。主、輔注射單元如此反復推拉，形成模腔內(nèi)熔體的振動剪切流動，當靠近模壁的熔體固化時，芯部的熔體在振動剪切流動，當靠近靠近模壁的熔體固化時，芯部的熔體在振動剪切的作用下產(chǎn)生取向并逐漸固化，形成高取向度的制品.一般制品成型需10次左右的循環(huán)，最高的可達40次。 推-拉注射成型的周期比普通注射成型的周期長，但由于在推拉運動中材料被冷卻固化，保壓階段對于控制收縮和翹曲已不是很重要了。在推-拉注射成型中，注射階段和保壓階段合二為一。用此種注射工藝對玻璃纖維增強LCP的推-拉注射成型結(jié)果表明，與常規(guī)的注射成型相比，材料的拉伸強度和彎曲彈性模量可分別提高420和270。 8.層狀注射成型 層狀注射成型是一種兼有共擠出成型和注射成型特點的成型工藝，該工藝能在復雜制件中任意地產(chǎn)生很薄的分層狀態(tài)。層狀注射成型同時實施兩種不同的樹脂注射，使其通過一個多級共擠模頭各股熔體在共擠模頭中逐級分層，各層的厚度變薄而層數(shù)增加，最終進入注塑模腔疊加，保留通過上述過程獲得的層狀形態(tài)，即兩種樹指不是沿制品厚度方向呈無序共混狀態(tài)存在的，而是復合疊加在一起。據(jù)報道，層狀注射可成型每層厚度為0.110pm。層數(shù)達上千層的制品。因?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，保留了各組分材料的特性，比傳統(tǒng)共混料更能充分發(fā)揮材料性能，使其制品在阻隔氣全滲透、耐溶劑、透明性方面各具突出優(yōu)點。 9微孔發(fā)泡注射成型 在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)泡注射成型中，通常采用化學發(fā)泡劑，由于其產(chǎn)生的發(fā)泡壓力較低，生產(chǎn)的制件在壁厚和形狀方面受到限制。微孔發(fā)泡注射成型采用超臨界的惰性氣體受到限制。微孔發(fā)泡注射成型采用超臨界的惰性氣體（CO2、N2）作為物理發(fā)泡劑其工藝過程分為四步： 1）氣體溶解：將惰性氣體的超臨界液體通過安裝在構(gòu)簡上的注射器注人聚合物熔體中，形成均相聚合物/氣體體系； 2）成核：充模過程中氣體因壓力下降從聚合物中析出而形成大量均勻氣核； 3）氣泡長大：氣在精確的溫度和壓力控制下長大； 4）定型：當氣泡長