微孔发泡注塑成型技术及设备

2019年07月04日

   微孔发泡塑料(Microcellular Plastics)是指泡孔直径为0。1~10μm,密度在109~1015个/cm3之间的一种新型塑料,1979年由美国麻省理工学院(MIT)首次研制成功。成型微孔塑料的一般要求包括:形成聚合物材料和物理发泡剂的单相溶液,并使溶液经历一个热力学不稳定状态以产生大量的成核点。微孔泡沫塑料具有由于传统塑料的力学性能。由于微孔的尺寸比塑料中原有的缺陷或微细裂缝小,因此微孔的存在不会降低塑料的强度,相反它能使原来存在的裂缝间断钝化,从而改善塑料的力学性能。微孔发泡塑料其泡孔尺寸极小,可以制成薄壁制品,其重量大大减轻。因此一问世便受到人们的普遍关注,制备微孔发泡塑料的方法很多,其中注塑成型技术是一种非常重要的方法。

    微发泡注塑成型制品在基本保持其原有力学性能的基础上实现重量减轻,同时由于制品内部几乎没有任何残余应力,因此制品的翘曲和变形得到很好的抑制。此外,由于能够有效地防止收缩痕,对于制品壁厚均匀度的要求有很大降低,从而为制品设计提供了更大的空间。与常规的模塑制品相比,微发泡注塑制品的平均成本可降低16~20%,而这主要通过以下四个方面来实现:   

    发泡注塑循环周期可减少50%,从而降低了加工成本。同时注塑制品的下脚料比例降低,设备的能耗也更低; 

    对于相同类型的制品,由于微发泡注塑工艺可以使用更小和更少的机器以及更低的模具成本,使得投资成本降低;

    由于微发泡注塑制品的密度降低,因此可以设计具有更薄壁结构的制品,使得制品的材料成本降低;

    由于减轻或消除了常规模塑在合模和保压过程中产生的模内应力,因此微发泡注塑可以制备更平、更直和尺寸精度更高的制品,从而为制品的品质和价格提升提供了更大空间。

   

   目前几乎所有的非结构性塑料制品和一部分结构性塑料制品都可以采用微发泡注塑成型工艺制备。现在发达国家所开发的微发泡注塑制品主要集中在以下几个领域:汽车及内部装饰材料;电子电器产品;医用产品等,如汽车进气歧管、保险盒、发动机罩、电器开关、电器控制模块、薄壁容器、医用注射器等。

   国内尚没有微发泡注塑成型的产业化技术。 市场潜力巨大。以各种聚合物为原材料,主要设备是注塑机,经济效益显著。

 

  

    微发泡成型过程可分成三个阶段:首先是将超临界流体(二氧化碳或氮气)溶解到热融胶中形成单相溶体;然后通过开关式射嘴射人温度和压力较低的模具型腔,由于温度和压力降低引发分子的不稳定性从而在制品中形成大量的气泡核,这些气泡核逐渐长大生成微小的孔洞。

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图 1 微泡成型过程

MuCell的加工流程        

   我们来看一下MuCell的运作流程图:首先氮气或二氧化碳经过超临界流体控制系统产生超临界流体,再输出到射人界面,通过射入界面打人注塑机螺杆的搅拌区,热熔胶和超临界流体在搅拌区内充分溶解形成单相溶体,并在一定的恒定压力下保持下来,当注塑机发出射胶指令时,开关式射嘴将会打开将单相溶体射人模具的型腔中,形成微发泡产品。

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图 2 Mucell技术流程  

    使用 MuCell必须在注塑机上装上特别的螺杆和炮筒,工艺特点如下:

1、螺杆具有混合混炼的功能。超临界流 

2、单相融体必须保持在一定的高压下才不会离析。Trexel注塑机的螺筒有单向止逆阀和开关式射嘴设计,从而在螺筒前端的射出段形成一个密闭高压区间。下图用汽水瓶形象地进行了说明:注射时,开关式射嘴打开,就如同汽水瓶的盖子被打开一样,单相融体瞬间注人模具型腔开始发泡。

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图 3 Mucell注塑工艺  

   用户也可以在现有注塑机上进行升级,更换为Trexel特制的设备,如螺杆、熔胶筒,加装注射器和射入界面系统,外接一个超临界流体控制器来实现。当然,也可以购买一些品牌已整和了这些特制部件的新注塑机。          

   MuCelt微发泡成型主要是靠发泡体的成长来填充产品,是在一个较低而平均的一个压力下进行,不像传统注塑成型要靠模板不断保压。所以,产品的内应力大大减小,不同位置的收缩也变得非常平均。          

   MuCelI微发泡技术降低成本 

   MuCell成型具有很多的特点:树脂黏度降低使流体的流动性更高,这样可以降低熔体的温度,模温和射胶压力低,塑件稳定,成型视窗大。 

   MuCell工艺通过下列途径降低了生产的成本:

1、注塑压力低,产品尺寸更稳定,而没有缩水的部件;

2、提高了注塑工艺水平,减少了注塑和装配的不良率; 

3、因尺寸更稳定,可减少模具尺寸反复修改,从而降低模具设计和制造成本;

4、降低锁模力40-80%,减少毛边,降低能耗,延长了模具寿命;

5、可以考虑使用更低吨位的注塑机或使用多模腔; 

6、注塑周期缩短20-30%,增加生产效率,降低能耗,从而降低运营成本; 

7、一般减少材料用量8-15%,更可以设计具有薄壁结构的制品来更加降低制品的材料成本;

8、一些金属部件可以用塑胶件取代,可以设计厚度变化比较大的产品。体被射人搅拌区后,螺杆的混炼段是塑料熔体和超临界流体充分混合,使超临界流体均匀的分布在熔体中。


来源:上海东泰机电设备工程有限公司
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