國外高分子材料新型注射成型技術(shù)

1、國外高分子材料新型注射成型技術(shù)發(fā)布時間：2004-3-21 14:51:09 瀏覽數(shù)：5 引言     在21世紀(jì)已經(jīng)到來的今天，高分子材料已經(jīng)成為支持人類文明社會發(fā)展的科學(xué)進(jìn)步的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。眾所周知，高分子材料技術(shù)是以合成技術(shù)、改性技術(shù)、形體設(shè)計技術(shù)、成型加工技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)和回收再利用技術(shù)為基礎(chǔ)的綜合技術(shù)，但由于高分子材料是為了制造各種制品而存在的，因此從應(yīng)用的角度來講，以對其進(jìn)行形狀賦予為主要目的的成型加工技術(shù)有著重要的意義。高分子材料的主要成型方法有擠出成型、注射成型、吹塑成型、壓延成型、壓制成型等等，其中注射成型因可以生產(chǎn)和制造形狀較為復(fù)雜的制

2、品，在高分子材料的成型加工方法中一直占有極其重要的位置。 本文主要參考近年來發(fā)表的日本有關(guān)成型加工方面的文獻(xiàn)，著眼于高分子材料注射成型技術(shù)的最新發(fā)展動向，概要地介紹若干種用途較為廣泛的注射成型新技術(shù)的原理。   氣體輔助成型法(GAM，Cas Assist Molding) GAM法的要點(diǎn)是在樹脂充填(不完全充填)完成后，利用型腔內(nèi)樹脂冷卻前的時間差，將具有一定壓力的惰性氣體迅速地注入成型品內(nèi)部，此時氣體可在成品壁較厚的部分形成空腔，這樣即能使成品壁厚變得均勻，防止產(chǎn)生表面縮痕或收縮翹曲，使制品表面平整光滑。 GAM法近年來發(fā)展較快，國外很多公司為了進(jìn)行專利回避，相繼開發(fā)了具有不同特

3、征的新方法，如日本旭化成公司的AGI法 (Asahi Gas Iniection)、三菱工程塑料公司的CINPRES法(Controlled Internal Pressure)及出光石油化學(xué)公司的GIM法(Gas Injection Molding)等等，但各方法原理完全相同，如AGI法是將惰性氣體(一般為N2)噴嘴設(shè)在注射機(jī)料口噴嘴內(nèi)部，而CINPRES法是將惰性氣體噴嘴設(shè)置在模具上，且可以是1個也可以是幾個。   注射壓縮成型法(IPM，Injection Press Molding) IPM法技術(shù)由日本三菱重工業(yè)、名古屋機(jī)械制作所、出光石油化學(xué)等公司相繼開發(fā)成功。有整體壓縮法

4、和部分壓縮法之分。整體壓縮法成型是首先在保持模具一定開度的狀態(tài)下合模，將樹脂充填(不完全充填)進(jìn)去，而后利用油缸壓縮使模具的動模移動至完全合模的情況下充填樹脂(不完全充填)，壓縮不是靠整個動模移動，而是靠動模板上制品賦形面部分(可以是全體也可以是一部分)的移動而實(shí)現(xiàn)的。注射壓縮成型法的優(yōu)點(diǎn)是可以采用較低的注射壓力成型薄形制品或需較大成型壓力的制品，一般適用流動性較差且薄壁的制品，如高分子量PC或纖維填充工程塑料等。   模具滑合成型法(DSI，Die SlideInection) DSI法由日本制鋼所開發(fā)有DSI-2M法和MDSI法之分，DSI-2M法主要用于中空制品制造，而M-DS

5、I主要用于不同樹脂的復(fù)合體制造，其原理完全相同。如使用DSI-2M法時，首先將中空制品一分為二，兩部分分別注射，然后將兩部分陰模(半成品仍在模具中)滑移至對合位置，在制品兩部分結(jié)合縫再注人樹脂(2次注射)，最后得到完整的中空成型制品。和吹塑品相比，該法制品具有表面精度好、尺寸精度高、壁厚均勻且設(shè)計自由度高(如L型)等優(yōu)點(diǎn)。 在制造形狀復(fù)雜的中空制品時，DSI和傳統(tǒng)的二次熔接法(如超聲波熔接)相比，其優(yōu)點(diǎn)是：a不需要將半成品從模具中取出，因而可以避免半成品在模具外冷卻引起的制品形狀精度下降問題；b可以避免二次熔接法因產(chǎn)生局部應(yīng)力而引起的熔接強(qiáng)度降低問題。但為了提高制品的熔接強(qiáng)度，DSI法也應(yīng)根據(jù)

6、制品的要求，采取不同的接合形狀。如凹口對接：適用于對接合強(qiáng)度要求不高，但對外觀形狀要求較高的制品；嵌入對接：適用于即對接合強(qiáng)度要求較高，又對外觀形狀要求較高的制品；交織對接：適用對熔接性較差的塑料制品；封合對接：適用于即要求接合強(qiáng)度較高，又要求密封性較高的制品，如制造壓力容器時一般需采用該方法。此外，日本制鋼所還開發(fā)其他12種接合形狀，并對其適用性進(jìn)行了較為詳細(xì)的評價?？梢娫贒SI法中接合形狀的設(shè)計是至關(guān)重要的。   剪切場控制取向成型法(SCORIM，Shear Controllcd Orientation Injection Molding) SCORIM技術(shù)由英國Brunell

7、大學(xué)開發(fā)，通常用于玻纖或碳纖維將不可避免地在垂直于流動方向上取向(和熔接痕方向平行)，最終造成制品強(qiáng)度的降低。它在模具上開設(shè)兩個主流道，從注射噴嘴射出的熔融樹脂將分別沿這兩個主流道充滿型腔，同時利用SCORIM裝置將兩個液壓油缸的活塞分別設(shè)于主流道上，當(dāng)熔融樹脂充滿型腔后，兩活塞將一進(jìn)一退反復(fù)振蕩，此時熔接痕部位的玻纖或碳纖維將被迫沿著剪切力場方向取向，該技術(shù)不僅可提高熔接痕中度，也可消除制品內(nèi)部的縮孔或表面的縮痕。     由于纖維增強(qiáng)是制備高強(qiáng)度制品的重要方法，因此有關(guān)利用剪切場控制纖維取向的注射成型新技術(shù)較多，除SCORIM法外，較典型的有：由德國Klock

8、ner Ferromatik Desma公司開發(fā)的推拉法(Push-Pull)，該法和SCORIM法原理相同，主要區(qū)別是用兩個注射機(jī)螺桿代替活塞進(jìn)行反復(fù)振蕩；日本寶理公司開發(fā)的層間正交法(Cross Layer Moldint)是在澆口垂直方向上設(shè)置兩個加壓桿或加壓板，使制品芯部處于熔融狀態(tài)的樹脂再次取向，最終使處于制品表面層的纖維和處于芯層的纖維方向垂直，可以減少纖維增強(qiáng)制品力學(xué)性能下的各向異性。 硬化PC薄片表面鑲嵌成型法 (CFI Coated Film Insert Injection) CFI法由三菱工程塑料公司開發(fā)，主要利用表面硬化或硬化并彩印的PC薄片進(jìn)行表面鑲嵌成型。其概要是行

9、將沖切好的PC薄片裝在模具上，然后合模并在所定的條件下注射成型，既可以得到單面鑲嵌，也可以得到雙面鑲嵌硬化PC薄片的制品。該方法克服了對制品進(jìn)行表面硬化處理難度大、效率低的缺點(diǎn)，可以先在平面狀的PC薄片上進(jìn)行涂裝和硬化處理，再將其按所需形狀沖切后鑲八模具，而后靠注射樹脂的壓力和溫度得到曲面狀的制品，適用于汽車或各種家電、OA(電腦辦公用品)制品的銘板等。     采用CFI法時，中間的樹脂層可以使用PC，也可以使用PS、AS、MS、PMMA等透明材料或ABS等不透明材料。為了使PC薄片和中間樹脂層之間有較好接合強(qiáng)度，一般要在接合面上事先涂有特殊的粘合層；為了使PC

10、薄片表面上的硬化層不因過度彎曲或因熱的作用而產(chǎn)生龜裂，制品的曲率半徑應(yīng)小于30mm，且模具溫度應(yīng)保持在70以下；為了使PC薄片形成所要求的曲面形狀，并使其和中間樹脂層之間有較好的接合強(qiáng)度，中間層樹脂的注射成型溫度一般應(yīng)高于290；為了使PC薄片不在流動樹脂的剪切力作用下產(chǎn)生位移，應(yīng)采取如真空吸合、打孔、磁吸(在PC薄片邊緣貼上磁片)、或?qū)V薄片彎曲后人模具上設(shè)定的溝槽內(nèi)等方法，使其固定在相應(yīng)的位置上。 三菱工程塑料公司還開發(fā)了彩印PC薄片表面鑲嵌成型法(PSI，Printed Sheet Insert Injection)，PSI法中采用彩印的PC薄片，其成型原理和CFI法基本相同。該方法所

11、得制品的表面(可以是外表面也可以是內(nèi)表面)為印刷面，而注射樹脂一般采用透明材料以保證制品的透光性。適用于需要有背光透出的汽車儀表或各種家電、OA制品的面板等。   直接注射成型法(DIM，Direct Injection Molding)     直接注射成型技術(shù)由日本岸本產(chǎn)業(yè)、KCK等公司開發(fā)成功，主要用于高濃度玻璃纖維、碳纖維或有機(jī)、無機(jī)粉體(如碳酸鈣、木粉)等復(fù)合材料制品的注射成型。在復(fù)合材料制備時，為了使填充劑均勻地分散在基體樹脂中，傳統(tǒng)的方法一般需將基體樹脂和玻璃纖維等摻混并經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)混煉造粒，這不僅造成較大的能量耗損，也帶來如基體樹脂的降解、氧化變色、玻璃纖維因過度剪切而切斷等問題。而直接注射成型法不經(jīng)擠出機(jī)混煉造粒，可以將摻混物直接注射成制品，但由于注射網(wǎng)為單螺桿裝置，且其長徑比一般擠出機(jī)小，因此對直接注射成型技術(shù)而言，最關(guān)鍵的是如何提高螺桿的混煉效率。     直接注射成型技術(shù)通常是通過改變壓縮段的螺桿構(gòu)造來提高混煉效率的，該裝置中不僅螺桿形狀和密煉機(jī)轉(zhuǎn)子相似，而且在料筒壁上開設(shè)了相瓦錯開的溝槽，工作時其狹縫S部分可產(chǎn)生