張凱-發(fā)泡注塑成型技術(shù)介紹

汽車輕量化——發(fā)泡注塑成型技術(shù)物理發(fā)泡（Mucell?）化學發(fā)泡反壓（CounterPressure）+發(fā)泡開模（反壓）發(fā)泡青島海信模具有限公司報告人：研究所-徐佳駒2018-7-10化學發(fā)泡向熔融樹脂中定量注入超臨界N2或CO2，通過混合/擴散后形成均相溶液，注射進入到型腔中。由于注射過程中的熱力學不穩(wěn)定性和壓力變化，形成大量的氣泡核，在填充和冷卻過程中，氣泡長大并被固定，獲得微孔發(fā)泡制品。在塑料中加入一定比例的化學發(fā)泡劑，然后通過注塑機的料筒熔化后注射入模具，發(fā)泡劑在模具約束下阿在塑料內(nèi)部進行發(fā)泡，最終得到內(nèi)部呈氣孔結(jié)構(gòu)、表面呈韌結(jié)皮狀的塑料制件。物理發(fā)泡發(fā)泡注塑成型化學發(fā)泡劑主要成分NaHCO3ADC（偶氮二甲酰胺）分解氣體CO2,H2ON2,CO,CO2,NH3殘余固體Na2CO3Biurea聯(lián)二脲,cyanuricacid氰尿酸轉(zhuǎn)換比26.2%微球發(fā)泡化學發(fā)泡劑發(fā)泡注塑成型技術(shù)發(fā)泡氣體來源1Mucell產(chǎn)品截面圖Mucell成型的特點是泡孔直徑小(一般在50μm以下)，分布均勻，密度非常高(一般大于109個／cm3)。化學發(fā)泡產(chǎn)品截面圖化學發(fā)泡注塑成型對原材料要求較高，需配合使用發(fā)泡專用的高熔體強度PP（同時具有高熔指），泡孔直徑可控制在10-100μm。發(fā)泡產(chǎn)品截面圖硬化層硬化層發(fā)泡層普通PP化學發(fā)泡，泡孔融合導致尺寸不均，影響強度。發(fā)泡注塑成型技術(shù)2物理發(fā)泡(Mucell?)——成型過程塑化儲料過程中，精確計量后的SCF（N2/CO2）通過固定在螺桿上的進氣頭被注射進聚合物熔體中。在高溫高壓和特殊設(shè)計的螺桿混合下，SCF和聚合如熔體充分混合分散，形成聚合物/SCF均相體系。注射入型腔時，熔體力瞬間降低，氣泡開始成核并逐步生長，最終形成均勻閉合氣孔結(jié)構(gòu)，并擁有密實皮層。注射壓力低；可控的氣泡生長可提供保壓壓力；氣泡生長可提供均勻一致的保壓壓力。N2CO2臨界溫度-147℃31℃臨界壓力34Bar71Bar熔體中溶解度~1.5%~6%發(fā)泡注塑成型技術(shù)3超臨界流體控制單元專用螺桿Mucell?注塑設(shè)備示意圖SCF打氣頭副泵：主動螺桿位置控制發(fā)泡注塑成型技術(shù)4大眾邁騰手套箱物理發(fā)泡產(chǎn)品發(fā)泡注塑成型技術(shù)5塑膠產(chǎn)品在力學性能基本不變的情況下，可以減重5%~30%。筋厚/主壁厚比值在不大于1的情況下，可以消除表面縮痕。注塑時不使用保壓，可以有效降低鎖模力，縮短成型周期。內(nèi)應(yīng)力減小，制件的變型程度可以減輕25%~75%。塑膠的熔體粘度可以降低，利于填充。提高產(chǎn)品的尺寸精度和穩(wěn)定性。隔音，隔熱。優(yōu)點：缺點：不論是化學發(fā)泡還是物理發(fā)泡，其制件表面質(zhì)量都較差，均有顯著的白色放射狀流痕。發(fā)泡制件表面呈放射狀流痕的原因：在注射過程中，料流前鋒沒有壓力，熔膠開始發(fā)泡、破裂并隨著流動被拉長，形成的一道道放射狀流痕。通過在發(fā)泡成型過程中增加反壓工藝，可以有效解決發(fā)泡制件表面的流痕問題，詳見下頁的介紹。發(fā)泡注塑成型技術(shù)6反壓成型技術(shù)（CounterPressure，簡稱CP）是用壓縮氣體在熔體注射前預先對模具增壓，以確保在型腔充模前持續(xù)加壓，使熔體壓向模具表面。發(fā)泡注塑成型技術(shù)——反壓技術(shù)發(fā)泡成型氣孔疏松強度較低外觀銀紋流痕等缺陷反壓成型（Pg）氣孔細密強度高外觀質(zhì)量好目前，反壓+發(fā)泡注塑主要應(yīng)用在發(fā)泡外觀件及對強度要求高的結(jié)構(gòu)件上。為料流前鋒提供熔體壓力，抑制泡孔長大、破裂，保證產(chǎn)品外觀。壓縮氣體作為恒定的力將材料均勻推向型腔壁，加強對型腔的復制、制件尺寸穩(wěn)定性好，減小翹曲、凹陷、匯合線和收縮。反壓壓力可抑制澆口噴射，提升產(chǎn)品外觀。反壓壓力可使流動穩(wěn)定，抑制虎皮紋產(chǎn)生。7純發(fā)泡制件和反壓+發(fā)泡制件對比純發(fā)泡注塑成型制件表面質(zhì)量差反壓+發(fā)泡注塑成型制件表面質(zhì)量好發(fā)泡注塑成型技術(shù)——反壓技術(shù)8項目傳統(tǒng)成型反壓+化學發(fā)泡效率對比3.5mm壁厚卡車手套箱注射時間(s)440——保壓時間(s)120-12100%↓冷卻時間(s)30300——生產(chǎn)周期(s)6755-1217%↓制品重量(g)760690-709%↓模具費用($)ABB-A10%↑案例1:卡車手套箱(反壓+化學發(fā)泡)發(fā)泡注塑成型技術(shù)——反壓技術(shù)9發(fā)泡注塑成型技術(shù)——反壓技術(shù)案例2:馬自達門板（化學發(fā)泡+反壓）10傳統(tǒng)設(shè)計物理發(fā)泡設(shè)計筋厚比0.40.65材料：ABS700-314；壁厚4mm傳統(tǒng)注塑工藝物理發(fā)泡+反壓注塑工藝備注外觀好好外觀+內(nèi)部微孔結(jié)構(gòu)重量1052g965g8.3%↓鎖模力650T400T節(jié)能5~10%模具壽命更長變形1.12mm0.45mm發(fā)泡注塑成型技術(shù)——反壓技術(shù)案例3:醫(yī)療器械外殼（物理發(fā)泡+反壓）11Mucell發(fā)泡設(shè)備反壓控制柜我司與山東大學合作成功開發(fā)模具型腔壓力控制柜，并已應(yīng)用于發(fā)泡成型。Mucell設(shè)備+反壓技術(shù)

800噸微發(fā)泡注塑機，配備了美國Trexel公司的原裝微發(fā)泡設(shè)備。發(fā)泡注塑成型技術(shù)——反壓技術(shù)12注塑注塑完成后，型芯整體或部分快速后退在物理或化學發(fā)泡的基礎(chǔ)上，增加型芯后退動作，為發(fā)泡提供了空間，可實現(xiàn)20-30%的減重。我司擁有帶二次開模功能的KraussMaffei注塑機兩臺（1300T，2000T）發(fā)泡注塑成型技術(shù)——開模發(fā)泡13化學發(fā)泡專用注塑機二次開合模動作模板平行度控制專用螺桿主動螺桿位置控制蓄能器混合料斗模具密封（分型面、滑塊、頂塊、斜頂、頂桿、鑲塊）反壓進氣氣路排氣氣路電子尺產(chǎn)品邊緣減薄封料框（不建議）材料高熔體強度PP（HMSPP/EIPP）NaHCO3發(fā)泡劑輔機反壓控制柜抽真空設(shè)備開?；瘜W發(fā)泡所需條件發(fā)泡注塑成型技術(shù)——開模發(fā)泡14發(fā)泡注塑成型技術(shù)——開模發(fā)泡封料框結(jié)構(gòu)（與注壓相同）分型面密封15P/LP/L

合模狀態(tài)

一階段開模發(fā)泡狀態(tài)發(fā)泡注塑成型技術(shù)——開模發(fā)泡產(chǎn)品邊緣減薄處理，邊緣快速凍結(jié)實現(xiàn)封膠.故開模發(fā)泡時，產(chǎn)品邊緣不會因為分型面閃縫而產(chǎn)生形狀變化。16發(fā)泡注塑成型技術(shù)——開模發(fā)泡模具四個角需安裝傳感器，實時監(jiān)測開模距離，并將信號反饋給注塑機，注塑機做對應(yīng)調(diào)整，保證模板平行度，即保證產(chǎn)品壁厚均一17發(fā)泡注塑成型技術(shù)——開模發(fā)泡注塑工藝路線①注射冷卻無保壓合模開模①鎖模單元動作：開模②-頂出反壓及真空動作：延時反壓真空吸氣注射單元動作：真空吸氣作用：產(chǎn)品填充末端，反壓氣體需快速排出，若氣體未快速排出，會造成產(chǎn)品填充困難且排氣不良造成產(chǎn)品缺陷，同時還會末端區(qū)域開模發(fā)泡程度不均勻，造成壁厚不均，產(chǎn)品表面不平。使用真空泵可加快氣體抽出。18發(fā)泡注塑成型技術(shù)——開模發(fā)泡注塑工藝路線②急速注射冷卻無保壓合模開模①鎖模單元動作：開模②-頂出反壓及真空動作：真空吸氣注射單元動作：急速填充作用：在泡孔長大破裂之前完成填充，明顯改善產(chǎn)品表面氣痕；快速填充，料流前鋒熔體壓力可起到反壓作用，一直泡孔生成長大。快速填充，減少凍結(jié)層厚度，利于發(fā)泡。真空吸氣作用：由于模具是密封的，快速填充造成困氣，必須真空泵可加快氣體抽出