Mucell微發(fā)泡成型技術(shù)

1、Mucell微發(fā)泡成型技術(shù)微發(fā)泡(MicrocellularFoamine)是指以熱塑性材料為基體，通過特殊的加工工藝，使制品中間層密布尺寸從十到幾十微米的封閉微孔。微發(fā)泡注塑成型技術(shù)突破了傳統(tǒng)注塑的諸多局限，在基本保證制品性能不降低的基礎(chǔ)上，可以明顯減輕制件重量和成型周期，大大降低設(shè)備的鎖模力，并具有內(nèi)應(yīng)力和翹曲小，平直度高，沒有縮水，尺寸穩(wěn)定，成型視窗大等優(yōu)勢。與常規(guī)注塑相比較，特別在生產(chǎn)高精密以及材料較貴的制品中，在許多方面都獨具優(yōu)勢，成為近年來注塑技術(shù)發(fā)展的一個重要方面。微發(fā)泡技術(shù)發(fā)展概述上世紀(jì)80年代，美國麻省理工學(xué)院(MIT)首先提出微發(fā)泡的概念，希望在制品中產(chǎn)生高密度的封閉泡孔，

2、從而在減少材料用量的同時提高其剛性，并避免對強(qiáng)度等性能造成的影響。Trexel公司于上世紀(jì)90年代中成立并獲得MIT的所有專利授權(quán)，將微發(fā)泡技術(shù)商品化并繼續(xù)大力發(fā)展，現(xiàn)在已在世界各地獲得70多個相關(guān)的專利。MuCell現(xiàn)已成為了一個非常成熟的革新技術(shù)在全世界被廣泛使用。圖1，加入Mucell系統(tǒng)的注塑機(jī)MuCell微發(fā)泡技術(shù)的使用先從美國、歐洲開始，再延伸到日本及東南亞等地區(qū)，雖然在中國剛剛起步，但經(jīng)過一年多的發(fā)展，用戶正在迅速增長。經(jīng)過多年來全球不同用戶在商業(yè)設(shè)備、汽車部件、電子電器等各種產(chǎn)品中大批量生產(chǎn)使用，MuCell微發(fā)泡技術(shù)的優(yōu)點得到了驗證，用戶在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時獲取了更高的經(jīng)濟(jì)回

3、報?；驹砦l(fā)泡成型過程可分成三個階段：首先是將超臨界流體(二氧化碳或氮氣)溶解到熱融膠中形成單相溶體；然后通過開關(guān)式射嘴射人溫度和壓力較低的模具型腔，由于溫度和壓力降低引發(fā)分子的不穩(wěn)定性從而在制品中形成大量的氣泡核，這些氣泡核逐漸長大生成微小的孔洞。圖2，微泡成型過程發(fā)泡后的制品橫切面放大圖如下，我們從中可以明顯看到表層還是未發(fā)泡的實體層，這是由于模具溫度較低，表面樹脂冷卻迅速，細(xì)胞核沒有成長的時間，所以還是未發(fā)泡的實體。表層褰層圖3發(fā)嚮常餐構(gòu)MuCell的加工流程我們來看一下MuCell的運(yùn)作流程圖：首先氮氣或二氧化碳經(jīng)過超臨界流體控制系統(tǒng)產(chǎn)生超臨界流體，再輸出到射人界面，通過射入界面打

4、人注塑機(jī)螺桿的攪拌區(qū)，熱熔膠和超臨界流體在攪拌區(qū)內(nèi)充分溶解形成單相溶體，并在一定的恒定壓力下保持下來，當(dāng)注塑機(jī)發(fā)出射膠指令時，開關(guān)式射嘴將會打開將單相溶體射人模具的型腔中，形成微發(fā)泡產(chǎn)品。22氣體計矗SE注塑機(jī)-相題燼微發(fā)泡捌品I射入界面趨曲界誰體(SCF)圖4，Mucell技術(shù)流程使用MuCell必須在注塑機(jī)上裝上特別的螺桿和炮筒，工藝特點如下:1、螺桿具有特殊的螺紋設(shè)計。超臨界流體被射人攪拌區(qū)后，需要特殊螺紋來切碎超臨界流體，使之與熱熔膠充分溶解從而形成單相融體。2、單相融體必須保持在一定的高壓下才不會離析。Trexel注塑機(jī)的螺筒有單向止逆閥和開關(guān)式射嘴設(shè)計，從而在螺筒前端的射出段形成一

5、個密閉高壓區(qū)間。下圖用汽水瓶形象地進(jìn)行了說明:注射時，開關(guān)式射嘴打開，就如同汽水瓶的蓋子被打開一樣，單相融體瞬間注人模具型腔開始發(fā)泡。圖5，Mucell注塑工藝用戶也可以在現(xiàn)有注塑機(jī)上進(jìn)行升級，更換為Trexel特制的設(shè)備，如螺桿、螺筒，加裝注射器和射入界面系統(tǒng)，外接一個超臨界流體控制器來實現(xiàn)。當(dāng)然，也可以購買一些品牌已整和了這些特制部件的新注塑機(jī)。MuCell的螺桿和螺筒是定制件，考慮與注塑機(jī)規(guī)格的配合，一般選用相若的螺桿直徑，長徑比通常是22：1或24：1，比普通的較長些。值得一提的是，加裝了MuCell之后，仍可以很方便切換回傳統(tǒng)注塑，用戶可以根據(jù)需求靈活安排生產(chǎn)。技術(shù)特點及優(yōu)勢MuCe

6、lt微發(fā)泡成型主要是靠發(fā)泡體的成長來填充產(chǎn)品，是在一個較低而平均的一個壓力下進(jìn)行，不像傳統(tǒng)注塑成型要靠模板不斷保壓。所以，產(chǎn)品的內(nèi)應(yīng)力大大減小，不同位置的收縮也變得非常平均。MuCelI微發(fā)泡技術(shù)降低成本MuCell成型具有很多的特點：樹脂黏度降低令流體的流動性更高，這樣可以減低溶膠的溫度，模溫和射膠壓力低，塑件穩(wěn)定，成型視窗大。MuCell工藝通過下列途徑降低了生產(chǎn)的成本：1、可以采用較低的壓力注塑更平整、更筆直、尺寸更穩(wěn)定，而沒有縮水的部件；2、提高了注塑工藝水平，減少了注塑和裝配的不良率；3、因尺寸更穩(wěn)定，可減少模具尺寸反復(fù)修改，從而降低模具設(shè)計和制造成本；4、降低鎖模力40-80，減少

7、毛邊，降低能耗，延長了模具壽命；5、可以考慮使用更低噸位的注塑機(jī)或使用多模腔；6、注塑周期縮短20-30，增加生產(chǎn)效率，降低能耗，從而降低運(yùn)營成本；7、一般減少材料用量8-15，更可以設(shè)計具有薄壁結(jié)構(gòu)的制品來更加降低制品的材料成本；8、一些金屬部件可以用塑膠件取代，可以設(shè)計厚度變化比較大的產(chǎn)品。MuCell微發(fā)泡技術(shù)解決的問題MuCell微發(fā)泡技術(shù)能解決以下傳統(tǒng)注塑常見的問題：部件收縮不均導(dǎo)致尺寸不穩(wěn)定和內(nèi)應(yīng)力問題、縮水痕、平直度不好、同心度或圓度不夠、動平衡性不高、難填充等等，采用MuCell注塑技術(shù)則可以提高部件質(zhì)量。加工實例傳統(tǒng)注塑解決部件翹曲通常會靠延長注塑和保壓時間來達(dá)到，這樣大大降

8、低了生產(chǎn)效率。MuCell使部件不僅在生產(chǎn)時非常平整，而且在熱處理后也能保持。許多應(yīng)用表現(xiàn)出了這一優(yōu)點，比如高精度托盤，打印機(jī)過紙架等，例如導(dǎo)紙板在不改動模具的情況下把偏差從0.807mm降低到0.429mm，提高了47。因為射膠壓力和熔膠溫度較低，MuCell被廣泛應(yīng)用到了模內(nèi)裝飾(IMD)的產(chǎn)品上，有效地解決了傳統(tǒng)注塑易出現(xiàn)的“沖膜”和“滲邊”的現(xiàn)象，同時也解決了縮水問題，提高了尺寸的穩(wěn)定性和平直度的問題，從而大大減少了不良率，鎖模力從250噸降到了75噸。由于均勻的收縮令產(chǎn)品的尺寸異常穩(wěn)定。在模具開發(fā)的前階段，尺寸的穩(wěn)定和一致性減少了模具的設(shè)計和制作的反復(fù)修改。在生產(chǎn)中CP和CPK值非常

9、好，大大降低了不良率。CycolacCRT3370ABS-加玻蚌圖6，2002SPE汽車發(fā)明大獎作品由于均勻的收縮令MuCell微發(fā)泡的齒輪的圓度和同心度大大提高，一般可以提升AGMA一到兩個級數(shù)，大大提升了齒輪的精度。相同的成型參數(shù)下，MuCell微發(fā)泡技術(shù)使型腔很容易被填滿，因為樹脂黏度降低使得流體的流動速度更快，而且發(fā)泡核在長大過程中均勻地將壓力傳遞到各個部位幫助填充。圖7，不同工藝注塑后參數(shù)變化OutcirDHarmtar（梆Ranker僅劇Solid71,23mm0.07mmUuCsIl71,27mm0P01inm圖8,100齒正齒輪，無填充POM,重量下降10%，加工周期縮短20另

10、外，MuCell微發(fā)泡技術(shù)可以在模具溫度和熔體粘度較低的情況下實現(xiàn)相同的結(jié)晶度，常?？梢垣@得最佳物理性能。許多商業(yè)用戶也正在利用這一特性優(yōu)化注塑周期。常見應(yīng)用領(lǐng)域幾乎目前所有的熱塑性材料都可以采用微發(fā)泡注塑成型技術(shù)。但考慮到經(jīng)濟(jì)性和產(chǎn)品品質(zhì)要求，MuCell微發(fā)泡制品主要集中在商業(yè)設(shè)備、汽車及內(nèi)部裝飾材料、電子電器產(chǎn)品等品質(zhì)要求較高材料較貴的產(chǎn)品上，如打印機(jī)復(fù)印機(jī)，汽車內(nèi)部件、保險盒、電器開關(guān)、薄壁容器等等。以下列舉了一些常用的產(chǎn)品，當(dāng)然在許多其他行業(yè)領(lǐng)域也有很多用戶成功應(yīng)用了這種技術(shù)。商用設(shè)備汽車精密托盤電氣/電子打印機(jī)內(nèi)部部件，導(dǎo)紙機(jī)構(gòu)，壓紙卷筒，托架和墨棍發(fā)動機(jī)罩盒動力系統(tǒng)下的部件，進(jìn)氣

11、管芯片托盤連接器/插座部件墨粉盒電氣/電子部件，變速箱，運(yùn)動部件醫(yī)用托盤封裝部件復(fù)印機(jī)采暖，通風(fēng)，空調(diào)和散熱系統(tǒng)部件，風(fēng)扇護(hù)罩，閥門和發(fā)動機(jī)外殼晶片托架開關(guān)部件，接線盒密圭寸部件，門板，手套式操作箱，揚(yáng)聲器外殼嵌件插入產(chǎn)品MuCelI微發(fā)泡注塑與氣體輔助注塑雖然都使用氮氣或二氧化碳，但成型原理完全不同。MuCell微發(fā)泡注塑主要應(yīng)用在薄壁產(chǎn)品上，它能對整個產(chǎn)品的不同部位都有幫助。氣輔注射只能應(yīng)用在厚壁產(chǎn)品上，只是對產(chǎn)品局部有幫助，它需要在模具上做氣道等特殊處理，而MuCell微發(fā)泡注塑在模具制作和傳統(tǒng)模具并無不同，因為射膠速度很快需要模具散氣較多一些，MuCell理想的流道是比傳統(tǒng)模具的小20

12、左右，當(dāng)然這也節(jié)省了不少用料。MuCell微發(fā)泡注塑能夠更多地降低制品重量，以更短的循環(huán)時間成型，并且制品質(zhì)量得到很大提高，同時也能夠消除縮水痕。微發(fā)泡注塑與化學(xué)發(fā)泡成型化學(xué)發(fā)泡劑在特定的溫度下分解而產(chǎn)生氣泡。不同類型的發(fā)泡劑適用于不同溫度下分解發(fā)泡。其通常用于厚壁制品成型以消除縮水痕，同時也可以降低制品重量。對于薄壁制品使用化學(xué)發(fā)泡劑會使表面質(zhì)量劣化，同時會顯著降低其力學(xué)性能。而且，從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，化學(xué)發(fā)泡不能夠大幅度降低密度。微發(fā)泡注塑的優(yōu)勢在于，許多吸熱型的化學(xué)發(fā)泡劑會生成水（也產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w），因此需要添加吸水劑以防止由于水的存在而造成降解現(xiàn)象。另外，由于化學(xué)發(fā)泡劑本質(zhì)上的熱穩(wěn)定性不佳，因而很難用于加工高溫型樹脂?；瘜W(xué)發(fā)泡劑通常會在樹脂中有所殘留，或產(chǎn)生副產(chǎn)品。帶有副產(chǎn)品或未分解化學(xué)發(fā)泡劑的樹脂通常會使制品耐老化性能降低，并可能導(dǎo)致模具排氣孔堵塞。而且，回收料很難再次使用。Mull微發(fā)泡注塑的限制和新技術(shù)發(fā)展MuCell微發(fā)泡注塑不能用于透明部件上，對于外觀要求高的產(chǎn)品也不直