注塑成型新工藝.doc

塑料注射成型新工藝內(nèi)容摘要:塑料制品，且成型過(guò)程自動(dòng)化程度高，在塑料成型加工中有著廣泛的應(yīng)用。但隨著塑料制品聽(tīng)?wèi)?yīng)用日益廣泛，人們對(duì)塑料制品的精度、形狀、功能、成本等提出了更高的要求，傳統(tǒng)的注射成型工藝已難以適應(yīng)這種要求，主要表現(xiàn)在生產(chǎn)大面積結(jié)構(gòu)制件時(shí)，高的熔體粘度需要高的注塑壓力，高的注塑壓力要求大的鎖模力，從而增加了機(jī)器和塑料制品，且成型過(guò)程自動(dòng)化程度高，在塑料成型加工中有著廣泛的應(yīng)用。但隨著塑料制品聽(tīng)?wèi)?yīng)用日益廣泛，人們對(duì)塑料制品的精度、形狀、功能、成本等提出了更高的要求，傳統(tǒng)的注射成型工藝已難以適應(yīng)這種要求，主要表現(xiàn)在生產(chǎn)大面積結(jié)構(gòu)制件時(shí)，高的熔體粘度需要高的注塑壓力，高的注塑壓力要求大的鎖模力，從而增加了機(jī)器和模具的費(fèi)用；生產(chǎn)厚壁制件時(shí)，難以避免表面縮痕和內(nèi)部縮孔，塑料件尺寸精度差；加工纖維增加復(fù)合材料時(shí)，缺乏對(duì)纖維取向的控制能力，基體中纖維分布隨機(jī)，增強(qiáng)作用不能充分發(fā)揮。因而在傳統(tǒng)注射成型技術(shù)的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了一些新的注射成型工藝，如氣體輔助注射、剪切控制取向注射、層狀注射、熔芯注射、低壓注射等，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。 1氣體(水)輔助注射成型 氣體輔助注射成型是自往復(fù)式螺桿注塑機(jī)問(wèn)世以來(lái)，注射成型技術(shù)最重要的發(fā)展之一。它通過(guò)高壓氣體在注塑制件內(nèi)部產(chǎn)生中空截面，利用氣體積壓，減少制品殘余內(nèi)應(yīng)力，消除制品表面縮痕，減少用料，顯示傳統(tǒng)注射成型無(wú)法比擬的優(yōu)越性。氣體輔助注射的工藝過(guò)程主要包括三個(gè)階段： 起始階段為熔體注射。該階段把塑料熔體注人型腔，與傳統(tǒng)注射成型相同，但是熔體只充滿型腔的6095，具體的注射量隨產(chǎn)品而異。 第二階段為氣體注人。該階段把高壓惰性氣體注人熔體芯部，熔體前沿在氣體壓力的驅(qū)動(dòng)下繼續(xù)向前流動(dòng)，直至充滿整個(gè)型腔。氣輔注塑時(shí)熔體流動(dòng)距離明顯縮短，熔體注塑壓力可以大為降低。氣體可通過(guò)注氣元件從主流道或直接由型腔進(jìn)人制件。因氣體具有始終選擇阻力最小（高溫、低粘）的方向穿透的特性，所以需要在模具內(nèi)專門(mén)設(shè)計(jì)氣體的通道。 第三階段為氣體保壓。該階段使制件在保持氣體壓力的情況下冷卻進(jìn)一步利用氣體各向同性的傳壓特性在制件內(nèi)部均勻地向外施壓，并通過(guò)氣體膨脹補(bǔ)充因熔體冷卻凝固所帶來(lái)的體積收縮（二次穿透），保證制品外表面緊貼模壁。 氣輔技術(shù)為許多原來(lái)無(wú)法用傳統(tǒng)工藝注射成型的制件采用注塑提供了可能，在汽車(chē)、家電、家具、電子器件、日常用品、辦公自動(dòng)化設(shè)備、建筑材料等幾乎所有塑料制件領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且作為一項(xiàng)帶有挑戰(zhàn)性的新工藝為塑料成型開(kāi)辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。氣輔技術(shù)特別適用于制作以下幾方面的注塑制品： 1）管狀、棒狀制品 如手柄、掛鉤、椅子扶手、淋浴噴頭等。采用中空結(jié)構(gòu)，可在不影響制品功能和使用性能的前提下；大幅度節(jié)省原材料，縮短冷卻時(shí)間和生產(chǎn)周期。 2）大型平板制件 如汽車(chē)儀表板、內(nèi)飾件格柵、商用機(jī)器的外軍及拋物線形衛(wèi)星天線等。通過(guò)在制件內(nèi)設(shè)置式氣道，可以顯著提高制品的剛度和表面質(zhì)量，減小翹曲變形和表面凹陷,大幅度降低鎖模力，實(shí)現(xiàn)用較小的設(shè)備成型較大的制件。 3）厚、薄壁一體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)制品 如電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)外殼及內(nèi)部支撐和外部裝飾件等。這類制品通常用傳統(tǒng)注塑工藝無(wú)法一次成型，采用氣輸技術(shù)提高了模具設(shè)計(jì)的自由度，有利于配件集成，如松下74cm電視機(jī)外殼所需的內(nèi)部支撐和外部裝飾件的數(shù)量從常規(guī)注塑工藝的17個(gè)減至18個(gè)，可大幅度縮短裝配時(shí)間。 水輔助注射成型是IKV公司在氣體輔助注射成型技術(shù)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的新技術(shù)，是用水代替氮?dú)廨o助館體流動(dòng)，最后利用壓縮空氣將水從制件中壓出。與氣體輔助注射成型相比，水輔助注射成型能夠明顯縮短成型時(shí)間和減小制品壁厚，可應(yīng)用于任何熱塑性塑料，包括那些分子量較低、容易被吹穿的塑料，且可以生產(chǎn)大直徑（40mm以上）棒狀或管狀空心制件，例如，對(duì)于直徑為10mm的制件，生產(chǎn)周期可從60s減至10s（壁厚l1.5mm）；而直徑為30mm的制件，生產(chǎn)周期則可由180s減到40s（壁厚2.530mm）。 IKV公司和FerromatikMilacron公司目前正在完善樣機(jī)，其他一些氣輔注塑廠商如Baitenfeld公司和Engel公司最近也加入到開(kāi)發(fā)的隊(duì)伍中來(lái)。水輔助注射成型主要用于生產(chǎn)內(nèi)表面光滑、重要性的介質(zhì)導(dǎo)管；其質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益都是氣體輔助注射技術(shù)所不及的。優(yōu)點(diǎn)：1。可以成型薄厚壁一體的復(fù)雜塑料件。可以成型中空加強(qiáng)肋的問(wèn)題。 2?？梢越鉀Q厚壁制件表面收縮痕的問(wèn)題 3?？梢杂眯〉某尚蜋C(jī)成型大的制件。 4與結(jié)構(gòu)泡沫成型相比由于是用氣體在熔體中間形成空間，所以既能保證結(jié)構(gòu)泡沫質(zhì)量輕的特點(diǎn)又可以成型良好的質(zhì)量外觀。 5.成型周期短，節(jié)省原材料 6?？赏瓿芍锌粘尚秃妥⑸涑尚筒荒芡瓿傻娜恢锌罩破烦尚汀?.模具滑動(dòng)注射成型 模具滑動(dòng)注射成型是由日本制鋼所開(kāi)發(fā)的一種兩步注射成型法，主要用于中空制品的制造。其原理是首先將中空制品一分為二，兩部分分別注射形成半成品，然后將兩部分半成品和模具滑動(dòng)至對(duì)合位置，二次合模，在制品兩部分結(jié)合縫再注入塑料熔體（2次注），最后得到完整的中空制品。與吹塑性品相比，該法型制品具有表面精度好、尺寸精度高、壁厚均勻且設(shè)計(jì)自由度大等優(yōu)點(diǎn)。 在制造形狀復(fù)雜的中空制品時(shí)，模具滑動(dòng)注射成型法與傳統(tǒng)的二次法（如超聲波熔接）相比，其優(yōu)點(diǎn)是：不需要將半成品從模具取出，因而可以避免半成品在模具外冷卻所引起的制品形狀精度下降的問(wèn)題；此處還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(wèn)題。 3.熔芯注射成型 當(dāng)注射成型結(jié)構(gòu)上難以脫模的塑料件，如汽車(chē)輸油管和進(jìn)排氣管等復(fù)雜形狀的空心塑料件時(shí)，一般是將它們分成兩半成型，然后再拼合起來(lái)，致使塑料件的密封性較差。隨著這類塑料件應(yīng)用的日益廣泛，人們將類似失蠟鑄造的熔芯成型工藝引入注射成型，形成了所謂的熔芯注射成型方法。 熔芯注射成型的基本原理是：先用低熔點(diǎn)合金鑄造成可熔型芯，然后把可熔型芯作為該件放入模具中進(jìn)行注射成型，冷卻后把含有型芯的制件從模腔中取出，再加熱將型芯熔化。為縮短型芯熔出時(shí)間，減少塑料件變形和收縮。 一般采用油和感應(yīng)線圈同時(shí)加熱的方式，感應(yīng)加熱使可熔型芯從內(nèi)向外熔化，油加熱熔化殘存在塑料件內(nèi)表面的合金表皮層。 熔芯注射成型特別適于形狀復(fù)雜、中空和不宜機(jī)械加工的復(fù)合材料制品，這種成型方法與吹塑和氣輔助注射成型相比，雖然要增加鑄造可熔型芯模具和設(shè)備及熔化型芯的設(shè)備，但可以充分利用現(xiàn)有的注塑機(jī)，且成型的自由度也較大。 熔芯注射成型中，制件是圍繞芯件制成的。制成后芯件隨即被格去，這似乎與傳統(tǒng)基礎(chǔ)工業(yè)的做法類似，并不新奇。但是關(guān)鍵問(wèn)題在于芯件的材料，傳統(tǒng)的材料是不可能用來(lái)作為塑料加工中的芯件的，首先是不夠堅(jiān)硬，難以在成型過(guò)程保持其形狀，尤其是不能承受壓力和熔體的沖擊，更主要的是精度絕不適合塑料制品的要求，所以，關(guān)鍵是要找到芯件的合適材料。目前常采用的SnBi和Sn-Pb低熔點(diǎn)合金。 熔芯注射成型已發(fā)展成一專門(mén)的注射成型分支，伴隨著汽車(chē)工業(yè)對(duì)高分子材料的需求，有些制件已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)地如，網(wǎng)球拍手柄是首先大批量生產(chǎn)的熔芯注射成型制品；而汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的全塑多頭集成進(jìn)氣管已獲得廣泛應(yīng)用；其它的新的用途有：汽車(chē)水泵、水泵推進(jìn)輪、離心熱水泵、航天器油泵等。 4受控低壓注射成型 傳統(tǒng)的注射成型過(guò)程可分為控制熔體入口速度的充填過(guò)程和控制熔體入口壓力對(duì)塑料冷卻收縮進(jìn)行補(bǔ)料的保壓過(guò)程。充填過(guò)程中熔體的入口速度是一定的，隨著充填過(guò)程的進(jìn)行，熔體在模腔內(nèi)的流動(dòng)阻力逐漸增加，因而熔體入口壓力也容易隨著增高，在充填結(jié)束時(shí)入口壓力出現(xiàn)較高峰值。由于高壓在型腔內(nèi)的作用，不僅會(huì)造成熔料溢邊、漲模等不良現(xiàn)象，而且會(huì)使塑料件內(nèi)部產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，塑料件脫模后易出現(xiàn)翹曲和變形，使塑料件形狀精度和尺寸精度難以滿足較高要求，在使用過(guò)程中也易出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。 為了降低或避免塑料在充填過(guò)程中因較高的型腔壓力產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，將塑料件的變形限制在較低的范圍內(nèi)，應(yīng)以塑料件充填所需的最低壓力進(jìn)行充填，這樣就可降低型腔內(nèi)壓力。受控低壓注射成型與傳統(tǒng)注射成型的主要差別在于：傳統(tǒng)注射成型充填階段控制的是注射速率，而低壓注射成型充填階段控制的是注射壓力。在低壓注射過(guò)程中，型腔入口壓力恒定，但注射速率是變化的，開(kāi)始以很高的速度進(jìn)行注射，隨著注射時(shí)間的延長(zhǎng)，注射速率逐漸降低，這樣就可以大幅度消除塑料件內(nèi)應(yīng)力，保證塑料件的精度。高速注射時(shí)，熔體高速流動(dòng)所產(chǎn)生的剪切粘性熱可提高熔體溫度，降低熔體粘度，使熔體在低壓下充滿型腔成為可能。由于低壓注射是以恒定壓力為基準(zhǔn)進(jìn)行熔體充填，因而低壓注射機(jī)有其獨(dú)特的油壓系統(tǒng)。 為了實(shí)現(xiàn)低壓高速成型，需對(duì)傳統(tǒng)注塑機(jī)的注射系統(tǒng)作必要的改進(jìn)，目前國(guó)外已開(kāi)發(fā)出多腔液壓注射系統(tǒng)，其主要功能有： 1）在同一油壓下可多級(jí)變換最高注塑壓力； 2）可在低注塑壓力下實(shí)施高速注射。 由于低壓注射成型的基本原理與一般注射成型相同，所以兩種成型方式所用模具的結(jié)構(gòu)完全一樣。但低壓注射成型用低壓充填，不出現(xiàn)壓力峰值，可避免細(xì)小型芯的折斷或損壞，有利于提高模具的使用壽命。另一方面由于低壓注射成型對(duì)模具的磨損較小，對(duì)模具的溫度控制和排氣等要求也不很高。可采用由鋅-鋁合金材料制造和簡(jiǎn)易注塑模，這樣不僅可以降低生產(chǎn)成本，而且能快速地生產(chǎn)出小批量精密塑料件，以適應(yīng)目前市場(chǎng)上多品種、小批量生產(chǎn)的需要。 5注射-壓縮成型 這種成型工藝是為了成型光學(xué)透鏡面開(kāi)發(fā)的。其成型過(guò)程為：模具首次合模，但動(dòng)模、定模不完全閉合而保留一定的壓縮間隙，隨后向型腔內(nèi)注射熔體；熔體注射完畢后，由專設(shè)的閉模活塞實(shí)施二交合模，在模具完全閉合的過(guò)程中，型腔中的熔體再一次流動(dòng)并壓實(shí)。 與一般的注射成型相比，注射-壓縮成型的特點(diǎn)是： 1）熔體注射是在模腔未完全閉合情況下進(jìn)行的，因而流道面積大，流動(dòng)阻力小，所需的注塑壓力也小。 2）熔體收縮是通過(guò)外部施加壓力給模腔使模腔尺寸變?。Ｇ恢苯訅嚎s熔體）來(lái)補(bǔ)償?shù)模蚨颓怀蓧毫Ψ植季鶆颉?因此，注射-壓縮成型可以減少或消除由充填和保壓產(chǎn)生的分子取向和內(nèi)應(yīng)力，提高制品材質(zhì)的均勻性和制品的尺寸穩(wěn)定性，同時(shí)降低塑料件的殘余應(yīng)力。注射-壓縮成型工藝已廣泛用于成型塑料光學(xué)透鏡。激光唱片等高精度塑料件以及難以注射成型的薄壁塑料件。此外注射一壓縮成型在玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂成型中的應(yīng)用也日益普及。 6.剪切控制取向注射成型 剪切在制取向注射成型實(shí)質(zhì)是通過(guò)澆口將動(dòng)態(tài)的壓力施加給熔體，使模腔內(nèi)的聚合物熔體產(chǎn)生振動(dòng)剪切流動(dòng)，在其作用下不同熔體層中的分子鏈或纖維產(chǎn)生取向并凍結(jié)在制件中，從而控制制品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和微觀形態(tài)，達(dá)到控制制品力學(xué)性能和外觀質(zhì)量的目的。將振動(dòng)引入模腔的方法有螺桿和輔助裝置加振兩種。 1）螺桿加振 螺桿加振的工作原理是給注射油缸提供脈動(dòng)油壓，使注射螺桿產(chǎn)生往復(fù)移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)，注射螺桿產(chǎn)生的振動(dòng)作用于熔體，并通過(guò)聚合物館體把振動(dòng)傳入模腔，從而使模腔中的熔體產(chǎn)生振動(dòng)，這種振動(dòng)作用可持續(xù)到模具繞口封閉。此種裝置比較簡(jiǎn)單，可以利用注塑機(jī)的控制系統(tǒng)，或?qū)ψ⑺軝C(jī)的液壓和電氣控制系統(tǒng)加以改造來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2）輔助裝置加振，輔助裝置加振是將加振裝置安裝在模具與注塑機(jī)噴嘴之間，注射階段與普遍注塑一樣，通常熔體僅通過(guò)一個(gè)澆口，此澆口活塞后退以保持流道通暢，另一活塞則切斷另一流道；模腔充滿后，兩個(gè)保壓活塞在獨(dú)立的液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下開(kāi)始以同樣的頻率振動(dòng)，但其相位差180O。通過(guò)兩個(gè)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把振動(dòng)傳入模腔，使模腔中的熔體一邊冷卻，一邊產(chǎn)生振動(dòng)剪切流動(dòng)。實(shí)驗(yàn)證明這種工藝有助于消除制品的常見(jiàn)缺陷（如縮孔、裂紋、表面沉陷等），提高熔接線強(qiáng)度；利用剪切控制取向成型技術(shù)、通過(guò)合理設(shè)置澆口位置和數(shù)量，可以控制分子或纖維的取向，獲得比普通注射成型制品強(qiáng)度更高的制品。 剪切控制取向注射成型過(guò)程中聚合物熔體被注入模腔后，模腔內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)固化層。由于固化層附近速度梯度最大，此處的熔體受到強(qiáng)烈的剪切作用，取向程度最大。中心層附近速度梯度小，剪切作用小，因而取向程度也小。在保壓過(guò)程中引入振動(dòng)，使模腔中的聚合物熔體一邊冷卻，一邊受振動(dòng)的剪切作用，振動(dòng)剪切產(chǎn)生的取向因模具的冷卻作用而形成一定厚度的取向?qū)印Ｍ瑳](méi)有振動(dòng)作用相比，振動(dòng)剪切流動(dòng)所產(chǎn)生的取向?qū)雍穸冗h(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通注射所具有的取向?qū)雍穸?，這就是模腔內(nèi)引入振動(dòng)剪切流動(dòng)能使制品的力學(xué)性能得到提高的原因。此外，由于振動(dòng)產(chǎn)生的周期性的壓縮增壓和釋壓膨脹作用，可在薄壁部分產(chǎn)生較大的剪切內(nèi)熱，延緩這些部分的冷卻，從而使厚壁部分的收縮能從澆口得到足夠的補(bǔ)充，有效防止縮孔、凹陷等缺陷。 7推-拉注射成型 入注射成型的工藝，這種成型方法可消除塑料件中熔體縫、空隙、裂紋以及顯微疏松等缺陷，并可控制增強(qiáng)纖維的排列它采用主、輔兩個(gè)注射單元和一個(gè)雙繞口模具。工作時(shí)，主注射單元推動(dòng)熔體經(jīng)過(guò)一個(gè)繞口過(guò)量充填模腔。多余的料經(jīng)另一澆口進(jìn)人輔助注射單元，輔助注射螺桿后退以接受模腔中多余熔體；然后輔助注射螺桿往前運(yùn)動(dòng)向模腔注射熔體，主注射單元?jiǎng)t接受模腔多余熔體。主、輔注射單元如此反復(fù)推拉，形成模腔內(nèi)熔體的振動(dòng)剪切流動(dòng)，當(dāng)靠近模壁的熔體固化時(shí)，芯部的熔體在振動(dòng)剪切流動(dòng)，當(dāng)靠近靠近模壁的熔體固化時(shí)，芯部的熔體在振動(dòng)剪切的作用下產(chǎn)生取向并逐漸固化，形成高取向度的制品.一般制品成型需10次左右的循環(huán)，最高的可達(dá)40次。 推-拉注射成型的周期比普通注射成型的周期長(zhǎng)，但由于在推拉運(yùn)動(dòng)中材料被冷卻固化，保壓階段對(duì)于控制收縮和翹曲已不是很重要了。在推-拉注射成型中，注射階段和保壓階段合二為一。用此種注射工藝對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)LCP的推-拉注射成型結(jié)果表明，與常規(guī)的注射成型相比，材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲彈性模量可分別提高420和270。 8.層狀注射成型 層狀注射成型是一種兼有共擠出成型和注射成型特點(diǎn)的成型工藝，該工藝能在復(fù)雜制件中任意地產(chǎn)生很薄的分層狀態(tài)。層狀注射成型同時(shí)實(shí)施兩種不同的樹(shù)脂注射，使其通過(guò)一個(gè)多級(jí)共擠模頭各股熔體在共擠模頭中逐級(jí)分層，各層的厚度變薄而層數(shù)增加，最終進(jìn)入注塑模腔疊加，保留通過(guò)上述過(guò)程獲得的層狀形態(tài)，即兩種樹(shù)指不是沿制品厚度方向呈無(wú)序共混狀態(tài)存在的，而是復(fù)合疊加在一起。據(jù)報(bào)道，層狀注射可成型每層厚度為0.110pm。層數(shù)達(dá)上千層的制品。因?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，保留了各組分材料的特性，比傳統(tǒng)共混料更能充分發(fā)揮材料性能，使其制品在阻隔氣全滲透、耐溶劑、透明性方面各具突出優(yōu)點(diǎn)。 9微孔發(fā)泡注射成型 在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)泡注射成型中，通常采用化學(xué)發(fā)泡劑，由于其產(chǎn)生的發(fā)泡壓力較低，生產(chǎn)的制件在壁厚和形狀方面受到限制。微孔發(fā)泡注射成型采用超臨界的惰性氣體受到限制。微孔發(fā)泡注射成型采用超臨界的惰性氣體（CO2、N2）作為物理發(fā)泡劑其工藝過(guò)程分為四步： 1）氣體溶解：將惰性氣體的超臨界液體通過(guò)安裝在構(gòu)簡(jiǎn)上的注射器注人聚合物熔體中，形成均相聚合物/氣體體系； 2）成核：充模過(guò)程中氣體因壓力下降從聚合物中析出而形成大量均勻氣核； 3）氣泡長(zhǎng)大：氣在精確的溫度和壓力控制下長(zhǎng)大； 4）定型：當(dāng)氣泡長(zhǎng)