微發(fā)泡注塑成型技術(shù)

一、前言在當(dāng)今注塑工業(yè)界，原材料價格的不斷上漲，客戶對產(chǎn)品品質(zhì)的要求不斷提高給制造商帶來很大的壓力和挑戰(zhàn)。在這種情況下迫切需要一種既可以提升產(chǎn)品品質(zhì)又能夠降低成本的技術(shù)，微發(fā)泡注射成型的出現(xiàn)為業(yè)界解決了這一難題。微發(fā)泡(MicrocellularFoaming)是指以熱塑性材料為基體，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的基礎(chǔ)上，可以明顯減輕重量和成型的周期，大大降低機(jī)臺的鎖模力，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，成型視窗大等特點(diǎn)，特別是在生產(chǎn)高精密和材料較貴的制品上與常規(guī)注塑相比較獨(dú)具優(yōu)勢，成為近年來注塑技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。二、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，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。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)。在中國剛剛起步，但用戶正迅速增長。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，微發(fā)泡技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)更得到了驗(yàn)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)回報。三、基本原理、系統(tǒng)介紹和硬件升級1．微發(fā)泡工藝流程首先氮?dú)饣蚨趸冀?jīng)過超臨界流體控制系統(tǒng)產(chǎn)生超臨界流體，再通過注氣通道打入注塑機(jī)螺桿的均化區(qū)，通過螺桿塑化剪切，高分子熔體和超臨界流體在均化區(qū)內(nèi)充分溶解形成單相融體并保持在一定的恒定壓力下，當(dāng)注塑機(jī)的注射指令發(fā)出時，自鎖噴嘴將會打開將單相融體射入模具的型腔中，形成微發(fā)泡產(chǎn)品。2．基本原理微發(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?dú)猓┤芙獾礁叻肿尤垠w中形成單相融體并保持在高壓力下；然后，通過自鎖噴嘴射入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；最后這些氣泡核逐漸長大生成微小的孔洞。發(fā)泡后的制品橫切面圖如下，我們從中可以明顯看到表層還是未發(fā)泡的實(shí)體層，這是由于模具溫度較低，這樣表面的樹脂冷卻迅速，細(xì)胞核沒有成長的時間所以還是未發(fā)泡的實(shí)體。3．螺桿，料筒設(shè)計使用微發(fā)泡技術(shù)必須在注塑機(jī)上裝上特別的螺桿和料筒，特點(diǎn)：（1）螺桿具有特殊的螺紋設(shè)計－超臨界流體被射入攪拌區(qū)后需要特別的螺紋來切碎超臨界流體使之與高分子熔體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，微發(fā)泡料筒配備自鎖噴嘴，螺桿中部具有止逆結(jié)構(gòu)，從而在料筒前端的射出段形成一個密閉高壓的區(qū)間。可以用汽水的圖示來幫助大家理解，當(dāng)注射時，自鎖噴嘴打開就如同汽水瓶的蓋子被打開一樣，單相融體瞬間注入模具型腔開始發(fā)泡。4．設(shè)備用戶可以向注塑機(jī)廠購買微發(fā)泡專用注塑機(jī)，該機(jī)型在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的基礎(chǔ)上增加微發(fā)泡專用設(shè)備，如螺桿、料筒，加裝氣體注射器，超臨界流體控制器和專用微發(fā)泡控制界面系統(tǒng)，當(dāng)然，也可以在已有的注塑機(jī)上進(jìn)行升級，但是由于微發(fā)泡螺桿和料筒是定制件，需考慮與注塑機(jī)規(guī)格的配合，螺桿長徑比是22:1，另外還要注意注射座臺的整移行程是否足夠。值得一提的是，升級為微發(fā)泡專用注塑機(jī)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)。四、技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢微發(fā)泡成型主要是靠氣泡的成長來填充產(chǎn)品，是在較低而平均的壓力下進(jìn)行的，不像傳統(tǒng)注塑成型要靠機(jī)臺的不斷保壓。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。1．降低成本微發(fā)泡成型具有很多的特點(diǎn)：樹脂黏度降低令流體的流動性更高，可以降低熔體的溫度，模溫和注射壓力，使塑件穩(wěn)定，成型視窗變大。微發(fā)泡工藝通過下列途徑降低了生產(chǎn)的成本：1)提高了注塑工藝水平，減少了注塑和裝配的不良率；2)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；3)降低鎖模力40~80%，減少毛邊，降低能耗，延長了模具壽命。可以考慮使用更低噸位的注塑機(jī)，或使用多模腔；4)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；5)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。等等。2．微發(fā)泡解決問題微發(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，采用微發(fā)泡注塑技術(shù)則可以提高部件質(zhì)量，下面應(yīng)用實(shí)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，這樣大大降低了生產(chǎn)效率。微發(fā)泡使部件不僅在生產(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(diǎn)，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?yàn)樯淠z壓力和熔膠溫度較低，微發(fā)泡被廣泛應(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值非常好，大大減少了不良率。由于均勻的收縮令微發(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)下微發(fā)泡技術(shù)讓型腔很容易被填滿，因?yàn)闃渲ざ冉档褪沟昧黧w的流動性更好和氣泡在長大的過程中均勻把壓力傳遞到各個部位幫助填充。流長比更大，左邊產(chǎn)品使用的是Valox4521(高流動性PBT)4穴，傳統(tǒng)注塑需要兩個澆口才能充滿滿，使用微發(fā)泡技術(shù)后只需要一個澆口。五、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，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、托架和墨輥發(fā)動機(jī)罩和動力系下面的部件、進(jìn)氣管連接器/插座部件、束線／芯片托盤墨粉盒電氣/電子部件、變速箱、運(yùn)動部件封裝部件／醫(yī)用托盤復(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)外殼開關(guān)部件、接線盒、風(fēng)扇／晶片托架密封部件、門板、手套式操作箱嵌件插入產(chǎn)品六、微發(fā)泡注塑與其他注塑工藝的比較1.

微發(fā)泡注塑與氣體輔助注塑雖然都使用氮?dú)?，但成型原理完全不同。氣輔注射于厚壁產(chǎn)品上效果會更加明顯，特別是一些中空的部件，它對產(chǎn)品局部有幫助。它需要在模具上做氣道等特殊處理；而微發(fā)泡注塑在模具制作上和傳統(tǒng)模具并無不同，只是因?yàn)樽⑸渌俣容^快需要模具排氣較多一些，微發(fā)泡注塑理想的流道比傳統(tǒng)模具的小20%左右，當(dāng)然這也節(jié)省了不少用料。它主要應(yīng)用在薄壁產(chǎn)品上，能對整個產(chǎn)品的不同部位都有幫助。2.

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。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