一種新穎的塑料加工方法—氣體注射成型.doc

一種新穎的塑料加工方法氣體注射成型一種新穎的塑料加工方法一氣體注射成型錢知勉一概況(上海市塑料研究所)氣體注射成型(GasAsslstedIniectioaMoldiag,簡稱GAIN).是當(dāng)前歐美國家在開發(fā)的一種新穎的塑料加工方法,普遍認(rèn)為它有重大的現(xiàn)實意義,因此被賦于”革命性”的稱號,歐洲犬陸研究這種新方法已有十年之久,但對它的應(yīng)用開發(fā)僅在幾年前才受到北美塑料工業(yè)界的注意而興起,至今美國和加拿大已申請專利保護.氣體注意成型具有成型局期短,閉模壓力低,制品無內(nèi)應(yīng)力,表面無疤痕等特長,因此它與結(jié)構(gòu)飽沫塑料的成型方法相比有更多的優(yōu)點.二,加工原理加工過程氣體注射成型的過程示意見圖1塑料都分地充滿模具后料流停止,然后將一定量的惰性氣體(常甩氮氣>從模具注入料流中心,在較厚的料屢中心由于熔融的塑料具有高的表面張力和較低的粘度,使料流狁如一個阻力塊限制了氣體的任意擴散而只能在此形成一個中空區(qū).隨著模內(nèi)塑料冷卻,氣體壓力保持恒定,然后在開模之前將氣體排出.控制注入模內(nèi)的塑料量.氣體壓力,注氣及排氣時間,就可以得到一個預(yù)定的氣道星相連網(wǎng)絡(luò)的中空制品.在氣體的壓力下厚屠處的熔融塑科被推至模壁而填滿整個型腔.氣體注射成型中形成的氣道網(wǎng)絡(luò)使整個制品受到恒定的氣壓,因此與一般的塑料成型方法相比,壓力分布更為均勻.中空的氣遭克服了塑料在厚壁部分形成疤痕的傾向,而恒定的氣體壓力在物料硬化過程中可盡量減少甚至消除制品的翹曲相內(nèi)應(yīng)力.原料薹求氣體注射成型雖適合于任何熱塑性塑料,但出于對過程控制的需要,即要形成良好的氣道并防止氣體吹通氣道壁,椰工的塑料必須具有一定程度的熱熔強度,因比不宣加工低分子量樹胝最逢臺氣體注射成型的是低熔融流動性的各類高分子量樹脂,高含量填充嗣的樹脂,塑料合金及共混物.在制品內(nèi)設(shè)計犬的氣道有助于物料的充摸,大的氣道對含纖維狀填料的樹脂可使纖維的斷裂程度減輕從而提高制品的使甩性能.周期對比圈2的上,下曲線分別表示了一般的注射成型(上圖)及氣體注射成型(下圖)之注射壓力與時間的關(guān)系.對一般注射成型來說,大多數(shù)的熔融科(9095)是在t這段時問內(nèi)被注入模內(nèi)的,然后在t-至t的短時間內(nèi)迅速升高注射壓力而使物斜充滿模腔.在t:時的最高注射壓力決定了該注射機所需的閉模力大小.從t勛t時模腔內(nèi)壓力隨塑科溫度的冷卻而下降,開模脫去制品是在t.甚至更長的時間以后.對氣體注射成型而言,在t,進行快速注射,塑料料流在t處靠一一外術(shù)介一技一國新簡.個位移閥切斷而停止在t處的模腔內(nèi)壓力低亍一般注射成型時的壓力,因為它有較大韻氣道存在之故,然后在t到t時注入氣體,此時塑料充滿全部模具.氣體注入前的保壓時間t至t是個重要參數(shù),受其他因素而變,一般為0至幾秒鐘內(nèi),須精確控翩.tt時塑料逐步冷卻,氣體壓力保持恒定,到t對氣體因注嘴后退而排出,直到te后才開模.tz時的注氣壓力大小與塑料的性能和熔融粘度有關(guān),一般取l47OMPa,最佳的保壓值一般為起始壓力的1080,取決于制品的幾何形狀.熔融溫度與一般的注射成型法相同.總的成型周期,氣體注射法與一般注射法相比并無十分明顯的差異,這兩種成型方法對物料充滿摸具及其冷卻時間是相似的,但氣體注射法可短些,特別對成型較薄的制品或雖較厚但是中室的制品則氣體注射法的周期更可有明顯的縮凰三,/jo-r設(shè)備與制品設(shè)計氣體注射成型的關(guān)鍵設(shè)備是氣體注射系統(tǒng),面對注射成型機本身沒有特殊的要求一注射量誤差在0.s的大多數(shù)注射機均可適用.氣體注射系統(tǒng)由氣體注嘴,氣體系統(tǒng)控制屏及精確控制氣體壓力,時間,體積等參數(shù)的轉(zhuǎn)換器構(gòu)成美Detroit塑料公司設(shè)計制造了一種氣體注嘴,能接裝在一般的注射成型機上.氣體注射成型的制品設(shè)計應(yīng)遵循下列原蜊l1.在制品中的氣道通徑必須明確2.沿著氣道的壁必須較厚以確保氣體流動并避免氣體滲入較薄處,氣道應(yīng)該設(shè)計成園形;.a.塑料應(yīng)通過一個合適的澆口亮入模內(nèi),4.流經(jīng)氣道的物料必須有去處并能充滿模具;s.通常僅用一個注射澆口,它應(yīng)被安置在合適的位置以使料量不足的注射毋能均勻地充填模具6.通常采用的氣道幾何形狀與澆口或呈對稱或呈單向關(guān)系;7.氣道必須是連續(xù)暢通的;8.大多數(shù)情況下氣遭所占體積約為,卜于制品總體積的10.四,氣體注射成型法的優(yōu)缺點優(yōu)點1.減少內(nèi)應(yīng)力和翹曲:一般的注射成型,為了使物料充滿模腔在模壁四周須保持幾MPa的壓力,因此在注道上要施加高的注射壓力,產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力凍結(jié)在最早凝固的局邊上,但因塑料有彈性記憶效應(yīng),所以在脫模后會產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象這也導(dǎo)致在隨后的二次加工如表面上漆鍍鉻或牯接時易發(fā)生變形然而對氣體注射成型來I兌,氣體的壓力是各處相等的,氣體流道呈網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故應(yīng)力梯度就明顯減小且在冷卻對流道內(nèi)的氣體壓力保持恒定,這就進一步減少了制品變形的傾向.2.消除表面的疤痕t在制品背面有肋或凸起部分的變形或疤痕,起因于塑料在冷卻時的收縮,這是一般成型方_法存在的問題.對氣體注射成型由于在制品的表面和背面之間導(dǎo)八了中空的氣道(如圖3所示)而能減少甚至消除表面疤痕值得注意的是氣體注射成型的制品,設(shè)計的肋應(yīng)該厚一些才有助于導(dǎo)入氣道,這與一般的設(shè)計經(jīng)驗是相反的,因為對傳統(tǒng)的成型方法來說希望肋盡可能的薄些以免產(chǎn)生明顯的疤痕由于在中心位置的物料溫度最高,制品冷卻時它將從氣道的內(nèi)表面開始收縮,故在可見的外表上不會留下疤痕.3.降低閉模力:注射壓力在物料充模時為最高,數(shù)值大小決定了不發(fā)生溢料時所需的臺模力.氣體注射成型的閉模力可減少2590,投影面積達(dá)1.2M的制品可用8000千牛頓閉模力的注射機成型.通常它所需的單位投影面積閉模力即使對較低熔融指數(shù)的塑料也可低于65ookN/M,這僅僅比結(jié)構(gòu)泡沫塑料所需的閉模力稍高一些.氣體注射成型所需的低弼模力也減少了由此引起的溢料,模具磨耗等問題4.不需要外流遭.由于流道被設(shè)計在制品內(nèi),所以即使對大型的復(fù)雜制品通常也不需要按裝熱的或冷的外流遭,塑辯通過一個單澆口注入模內(nèi),這樣可減少模具成本和回頭料并改善對熔體的溫度控制采用內(nèi)流遭能改善其流動型式,消除或控制由多澆口引起的匯臺線圖4表示了一個平臺的底邊,塑料從中央部位注入,各條肋既提供了內(nèi)流遭又確保了所需的結(jié)構(gòu)剛性并使制品表面無疤痕.5.可加工不同的壁厚:對一般的注射成型,標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)向線能保證恒定的壁厚,而對氣體注射成型如果氣體流道被設(shè)計在制品厚薄相交的轉(zhuǎn)變區(qū)則可以加工出在同一制品上厚度有變化的產(chǎn)品(見圖s).氣道確保了物料的均勻流動并免除了一般設(shè)計所存在的內(nèi)應(yīng)力.氣道也可被用來形成管狀截面,特別在制品的邊緣部位更合適(見圖5).它可以不增加產(chǎn)品的重量而獲得附加的強度和剮性.氣體注射成型在設(shè)計上的彈性也帶來了在模內(nèi)可以不用抽芯裝置,也不必在單一構(gòu)件內(nèi)設(shè)置多件模,更值得注意的是對局部地方有厚壁的制品,總的成型周期通常也不增加.缺點所有的塑料加工方法都存在欠泱之處,迥對氣體注射成型來說,它的不足與上述優(yōu)點相比較就顯得是次要的了.1.制品上留有排氣孔:因設(shè)有氣道故存制品上會留下一個或幾令孔.通常它可設(shè)計在看不見的邦位,但如果由于外觀或使用上的要求以及在進行諸如上漆,鍍鉻等二次加工而不允許有孔洞對則可以被封閉2.表面泛白t氣道可留下一種表面泛自的現(xiàn)象而使制品表面的光澤度有一定的差異,這可以通過把表面設(shè)計成花紋的方式來彌補或者讓氣道設(shè)計在制品背面來解決.當(dāng)然如果該產(chǎn)品還需進一步上漆的話剛也就看不刊泛白現(xiàn)象了泛白的程度與j工條件及塑料的種類有關(guān).3.多腔模具:由于氣體不能將物科從一個模腔推到另一個橫腔并在每一個模腔內(nèi)必須保持相同的欠注l亡態(tài)(不注足物料),因此精確地控制其欠注的程度或許是很難達(dá)到的.目前正在使用的是含有四個相同的汽車零件的四腔模,但需研究更多模腔的成型方法.4.模溫控制t由于括著氣遭韻壁巨影響冷卻速率,所以均勻的壁厚要有良好的溫度控制.模溫要嚴(yán)格控制以免由于模溫梯麈造成不規(guī)則的壁厚5.鼓泡t對高壓氣體,排氣不暢常會鼓泡.氣體滲入壁內(nèi)會引起制品內(nèi)的不連續(xù)氣泡,這不僅會造成鼓泡現(xiàn)象而且也會由于物料充模不足而使加工失敗.6.獨特的設(shè)計:對氣體注射成型需要有獨特的制品和模具設(shè)計,這也是它的一個不足之處通常將一般的注射成型機改造成適臺氣體注射,相對來說還是比較簡單的,但是要把一般的注射模具變成氣體注射模則是費時的,同時也不可能產(chǎn)生最佳的效果.同樣,把氣體注射模用在一般的機器上也得不到好產(chǎn)品,因此要取得氣體注射成型的一系列優(yōu)點就需對摸縣和機器作獨特的設(shè)計和加工7.大的中空截面:雖然產(chǎn)品的表面汨?4l似,但氣體注射成型不能取代擠出或注射吹塑成型,氣體注射成型不適臺于加工瓶貯槽之類的薄壁制品.適宜于加工有不規(guī)則壁厚分布和吹氣通道的產(chǎn)品.五,氣體注射成型的應(yīng)用舉例氣體注射成型制品具有結(jié)構(gòu)泡沫塑料的許多優(yōu)點,因此不少結(jié)構(gòu)泡沫塑料的應(yīng)用如辦公用設(shè)備的外殼,家俱等可為氣體注射成型代替氣體注射成型產(chǎn)品有良好外觀,減少了壁厚,因此降低了制品的重量又縮短了成型周期.對某些應(yīng)用于辦公機器上的產(chǎn)品重量減少了3040,成型周期減少5O.而質(zhì)量反而提高.現(xiàn)將氣體注射成型加工的制品作有代表性的介紹并簡要地說明采用之理由.1.汽車引擎的水箱格柵尺寸穩(wěn)定,可免去使用冷卻設(shè)備,減少成型周期,2.汽車的外部零件尺寸穩(wěn)定,無表面疤痕,3.鍍鉻的緩沖器裝飾物尺寸穩(wěn)定,表面無痕J4.鍍鉻的汽車輪毅尺寸穩(wěn)定,表面無痕,5.汽車的托門代替結(jié)構(gòu)泡沫塑料,既可省錢,表面又無疤痕;6.汽車內(nèi)飾物支架尺寸穩(wěn)定并可設(shè)計成不同壁后,7.辦公用機器的機殼代替結(jié)構(gòu)泡抹塑料,既可省錢又可提高表觀質(zhì)量,尺寸穩(wěn)定,無痕;8.平臺降低閉摸力,無疤痕又提高了結(jié)構(gòu)剛性,9.整體椅子降低閉摸力,提高結(jié)構(gòu)刖度,能控制匯臺線位置.l0.手車斗提高邊緣的剛性和尺寸一42一穩(wěn)定