注塑成型新技術(shù)的發(fā)展概況

1、注塑成型新技術(shù)的發(fā)展概況 - 側(cè)重于 Mu CellMechanical 2011-01-24 20:32:56閱讀 32 評(píng)論 0 字號(hào)：大中小 訂閱MuCell 射出成形制程最早在 1984 年由麻省理工學(xué)院機(jī)械系所發(fā)展出來，在 1993 年 MIT授權(quán)美國 Trexel 公司將技術(shù)商品化。MuCell 制程利用 N2或 CO2具有低超臨界壓力與溫度的本質(zhì)，以超臨界狀態(tài) 注入料管中，藉由擴(kuò)散性佳的超臨界流體擴(kuò)散效應(yīng)及螺桿混煉，超臨界流體與熔 融塑料混合成均勻單相體 ，混體在射出過程中因瞬間高壓降導(dǎo)致超臨界流體在模 內(nèi)成核而長成均勻微細(xì)氣泡，塑料經(jīng)模具冷卻固化將氣泡包于塑料內(nèi)，達(dá)到微發(fā) 泡的

2、效果。超臨界流體并非流體亦非氣體，其物理性質(zhì)介于二者之間 。MuCell 微發(fā)泡注塑成型技術(shù)的使用日趨普及，其制品主要集中在品質(zhì) 要求較高、材料較貴的產(chǎn)品上。近年來，選用微發(fā)泡注塑成型技術(shù)的中國企業(yè)數(shù) 目快速增長，其應(yīng)用領(lǐng)域也正在擴(kuò)大。MuCell 的發(fā)展概況及原理目前， MuCell 微發(fā)泡技術(shù)已成為一種非常成熟的注塑成型革新技術(shù)，在全 世界被廣泛使用。其使用先從美國、歐洲開始，再延伸到日本及東南亞等地區(qū)； 盡管在中國剛剛起步，但經(jīng)過一年多的發(fā)展用戶正迅速增長。該技術(shù)的專利持有 者 Trexel 在中國已建立了完善的技術(shù)支援服務(wù)體系和備件庫。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

3、電器等各種產(chǎn)品中大批量生產(chǎn)使用，很多 全球著名的 OEM廠商已指定在他們的產(chǎn)品上應(yīng)用 MuCell。同時(shí) Trexel 也和全世 界許多著名的注塑機(jī)品牌建立了緊密的合作關(guān)系，如 Nissei 、Arburg 、Engel 、 Milacron 、Husky、Krauss Maffei 、Sumitomo、Demag、JSW、 Toshiba 等。微發(fā)泡成型過程可分成三個(gè)階段：首先是將超臨界流體（二氧化碳或氮?dú)猓?溶解到熱融膠中形成單相溶體并保持在高壓力下；然后，通過開關(guān)式射嘴射入溫 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

4、長大生成微小的孔洞。我們從制品截 面可以明顯看到表層還是未發(fā)泡的實(shí)體層，這是由于在填充過程中模具溫度較 低，表面的樹脂冷卻迅速，細(xì)胞核沒有成長的時(shí)間所以還未發(fā)泡。基本原理使用 MuCell 必須在注塑機(jī)上裝上特別的螺桿和機(jī)筒：1. 螺桿具有特殊的螺紋設(shè)計(jì)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熱熔膠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(huì)離析， Trexel 的機(jī)筒有單向止 逆閥和開關(guān)式射嘴設(shè)計(jì)從而在機(jī)筒前端的射出段形成一個(gè)密閉高壓的區(qū)間 。當(dāng)注 射時(shí)，開關(guān)式射嘴打開，單相融體瞬間注入模具型腔開始發(fā)泡。MuCell 硬件系統(tǒng)簡圖 用戶可以在現(xiàn)有

5、注塑機(jī)上進(jìn)行升級(jí) ，更換 Trexel 特制的設(shè)備如螺桿 、機(jī)筒， 加裝注射器和射入界面系統(tǒng)，外接一個(gè)超臨界流體控制器來實(shí)現(xiàn)。另外也可以在 購買部分品牌的新注塑機(jī)時(shí)直接在注塑機(jī)制造廠整合這些特制部件。 MuCell 的 螺桿和機(jī)筒是定制件，一般選用和注塑機(jī)規(guī)格相應(yīng)的螺桿直徑，長徑比通常是 22:1 或 24:1，比普通的稍長。加裝了 MuCell 的注塑機(jī)可以方便地切換回傳統(tǒng)注 塑，使用戶可以靈活安排生產(chǎn)。常見應(yīng)用領(lǐng)域和案例分享 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， MuCell 微發(fā)泡制品主要集中在品質(zhì)要求較高、材料較貴的 產(chǎn)品上。上表列舉

6、了一些常用的產(chǎn)品，當(dāng)然在其他行業(yè)的不同領(lǐng)域也有很多用戶 成功應(yīng)用了這種技術(shù)。MuCell 微發(fā)泡成型主要是靠細(xì)胞的成長來填充產(chǎn)品，所以是在較低而平均 的壓力下進(jìn)行的，不像傳統(tǒng)注塑成型要靠機(jī)臺(tái)的不斷保壓，因此產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力大大 減小，不同位置的收縮也變得非常平均。形成單相融體使樹脂粘度降低。因?yàn)闃渲扯冉档褪沟昧黧w的流動(dòng)速度更 快，可以降低熔膠溫度、模溫和射膠壓力，使塑件穩(wěn)定，成型視窗變大。MuCell 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(dòng)平衡性不 高、難填充等等，采用 MuCell 注塑技術(shù)則可以提高部件質(zhì)量，以

7、下是部分應(yīng)用 實(shí)例。MuCell 微發(fā)泡技術(shù)典型應(yīng)用領(lǐng)域電子插座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(jì)和制作的反覆修改，在生產(chǎn)中 Cpk值非常好，大大減 少了不良率。左圖是 ricon 的一種電子插座，材料 PA66加 33%的玻纖，可以達(dá) 到 8%的減重和 48%的減周期，鎖模力減少 40%。生產(chǎn)中的 Cpk值可以達(dá)到 1.66 ， 模溫度減少 28。汽車儀表板因?yàn)樯淠z壓力和熔膠溫度較低， MuCell 被廣泛應(yīng)用到模內(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(shí)也解決 了縮水造成的外觀問題，提高

8、了尺寸的穩(wěn)定性和平直度，從而大大減少了不良 率，鎖模力也大大減少。汽車?yán)鋮s箱傳統(tǒng)注塑解決部件翹扭曲通常會(huì)靠延長注塑和保壓時(shí)間來達(dá)到 ，同時(shí)借助特 制的夾具來定型，這樣大大降低了生產(chǎn)效率。 MuCell 使部件不僅在生產(chǎn)時(shí)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) ，比如汽車?yán)鋮s箱， 打印機(jī)過紙架等。MuCell 微發(fā)泡注塑的新技術(shù)發(fā)展MuCell 并不適合直接用于外觀要求高的產(chǎn)品，但可以和表面噴涂結(jié)合起 來，也可以和 IMD（模內(nèi)注塑裝飾技術(shù)）結(jié)合，做出來的產(chǎn)品沒有縮水痕、更平 直、外表更美觀。為了滿足一些用戶想直接把 MuCell 應(yīng)用于外觀產(chǎn)品的需求， Trexel 和

9、 Rhodia 合作專門開發(fā)了適用 MuCell 微發(fā)泡技術(shù)的尼龍材料 TECHNYL XCell 6.6 和 6，還可以針對(duì)客戶的要求進(jìn)行加纖或礦物質(zhì)等的改性處理。這種材料已經(jīng)獲 得了 WEEE和 RoHS的認(rèn)證，用它在 MuCell 制程下加工的產(chǎn)品在保證產(chǎn)品機(jī)械性 能等特性的情況下具有極佳的外觀表現(xiàn)。另外， Trexel 也正在開發(fā)模具型腔熱噴涂技術(shù)，用這種處理過的模具結(jié)合 MuCell 做出來的產(chǎn)品也有很不錯(cuò)的外觀表現(xiàn)。相信 Trexel 不斷致力優(yōu)化和改善的這些輔助技術(shù)能把 MuCell 微發(fā)泡帶入更 廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，讓更多的用戶享受到 MuCell 微發(fā)泡注塑帶來的優(yōu)勢(shì)。塑料射出成

10、型技術(shù) 射出成型系統(tǒng)包括了射出成型機(jī)、模具、成型條件、成型方法、成型品設(shè)計(jì) 等重要因素，成型品的質(zhì)量、成本即受這些因素之影響，而各項(xiàng)因素又會(huì)互相干 擾。射出成型機(jī)在全電動(dòng)化、精密控制、專用機(jī)臺(tái)等方面的進(jìn)步很顯著，尤其是 全電動(dòng)射出成型機(jī)的訂單已超高油壓式射出成型機(jī) ，其優(yōu)點(diǎn)在于精密控制性以及 節(jié)約能源方面。電動(dòng)射出機(jī)以小型機(jī)為主，但最近已有鎖模力超過 1000 噸的大型機(jī)了。各 公司并開發(fā) DVD、連接器、微齒輪等精密成型品的專用成型機(jī)。此外模具也在精 密化、熱澆道等方面進(jìn)步顯著 。以下以最近的成型法為中心 ，介紹其代表性例子。一 、超高速射出成型 模穴充填壓力要進(jìn)一步均一化，可采用多種方法，

11、其一為提高射出速度。對(duì) 薄肉或復(fù)雜形狀的模穴，為將熔融塑料充填至最末端，各公司均開發(fā)出超高速射 出成型機(jī)?？沙尚秃穸?0.5mm以下的薄制品，日本 FANUC公司利用線性馬達(dá)，使 射出速度達(dá) 2000mm/s，加速度 13G以上，用此超高速成型機(jī)制造厚度 0.13mm的 喇叭筒。日精樹脂工業(yè)公司則以油壓機(jī)開發(fā)出射出速度 2000mm/s的機(jī)臺(tái)。二 、低壓射出成型 成型品單位投影面積鎖模力為 0.3 噸/cm2 左右者，為一般的射出成型，低 壓射出成型的鎖模力則多在其一半以下。代表性的成型法為射出壓縮成型法，不 但模內(nèi)壓力均一 ，塑料可均一地流動(dòng)至模穴末端 ，流動(dòng)長度也可增至 2 倍。0.6mm

12、 厚的光盤、各種電子儀器的薄肉外殼等均可用此法成型。射出壓力可精密控制的 低壓成型，已被各種射出成型機(jī)所采用。近年來，一些信息產(chǎn)品 (如光盤) 有精密表面，導(dǎo)光板等也要求性能提高，因 此促成模具表面轉(zhuǎn)寫性提高，其具體的方法如下 :(1) 以高速射出、高溫模具來改良。(2) 用射出壓縮成型、氣體輔助射出成型等方法，以提高塑料壓力的傳達(dá)。(3) 將熱媒、冷媒交互流過模具 ( 循環(huán)加熱、冷卻法 ) 。(4) 成型前以高周波誘導(dǎo)加熱法將模具表面選擇性加熱。(5) 成型前將模具表面輻射加熱。(6) 于模具表面設(shè)電絕緣層及導(dǎo)電層，藉導(dǎo)電層來加熱模具表面。(7) 將持續(xù)振動(dòng)塑料并成型 (Rheomoldin

13、g) 。(8) 將持續(xù)振動(dòng)模具并成型 (UIM) 。(9) 以隔熱層披覆模具表面的模表面隔熱法 (隔熱模具法 /CSM、ULPAC等)。(10) 利用二氧化碳的方法 (AMOTEC。) 以上方法均有其優(yōu)、劣點(diǎn)，必須依用途來選用可發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)的方法。三 、微泡發(fā)泡體 于熔融塑料中添加各種發(fā)泡劑，再發(fā)泡射出成型而得的發(fā)泡體，有輕量化、 剛性高、殘留應(yīng)變低的優(yōu)點(diǎn)，在大型成型品或偏肉成型的制品常被采用。近年來，以超臨界流體的二氧化碳為發(fā)泡劑可制得泡徑 0.01l00 m的微泡 體(micro cellular foam MCF) ，因而受到注目。此技術(shù)由 MIT 開發(fā)出來，在日 本由 JSW公司取得銷售

14、權(quán)。發(fā)泡體依泡徑不同可分為 MCF(ll0m)、Super MCF(0.1l m)及 Ultra MCF(0.010.l m)，但目前仍以 MCF居多。 MCF單位重量的比強(qiáng)度增加，這是因 為泡壁延伸產(chǎn)生的分子配向效果，且泡內(nèi)有微量氣壓之故。微泡本身也有防止龜 裂發(fā)生的作用。四 、模內(nèi)加飾成型UBE公司及良 Battenfeld 公司均有模內(nèi)加飾成型 (In Mold Coating) 的技 術(shù)，這是以一般方法射出成型，模穴冷卻后，降低鎖模力，并將液狀涂料注入模 具，然后再施加鎖模力。關(guān)鍵技術(shù)在于涂料的特殊配方及多段鎖模的控制。五 、三明治射出成型 三明治射出成型 (SW成型)在 1970年便

15、已實(shí)用化，后經(jīng)多次改良，因此相關(guān) 研究很多，通常是以回收塑料或發(fā)泡塑料為芯材，制成質(zhì)輕、價(jià)廉的成型品。從 SW成型可衍生出其它相關(guān)技術(shù)。 SW成型是對(duì)模穴依序注入二次材料，依 二次射出材料的粘度不同，而可區(qū)分為三明治成型、液體輔助成型、寡聚體輔助 成型、氣體輔助射出成型等。注塑成型新技術(shù)的發(fā)展概況Development Situation of the New Technology of Injection Molding 劉方輝，錢心遠(yuǎn)，張 杰( 1) Liu Fanghui, Qian Xinyuan, Zhang Jie(1)- 四川大學(xué)高 分子科學(xué)與工程學(xué)院高分子材料工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

16、， 四川 成都 610065- State Key Lab of Polymer Material Engineering, College of Polymer Science&Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China 摘 要 : 綜述了近年來注塑成型技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，介紹了新型氣輔注塑成型、多 組分注塑成型、粉末注塑成型、微孔發(fā)泡注塑成型、微注塑成型等技術(shù)的特點(diǎn)及 最新動(dòng)向。Abstract : The development of the injection molding technology in recent

17、 years was summarized, and the characteristics and developing trend of the new gas-assisted injection molding technology, multi-component injection molding technology, powder injection molding technology, microcellular foam injection molding, micro-injection molding technology were introduced. 關(guān)鍵詞 :

18、 注塑成型；新技術(shù)；發(fā)展動(dòng)向Key words : Injection molding; Newt echnology; Development trend 評(píng)述 文章編號(hào)： 1005-3360(2009)03-0083-06 中圖分類號(hào) : TQ320.662 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : A 高分子材料的成型方法主要有擠出成型、注塑成型、吹塑成型、壓延成型、壓制 成型等，其中，注塑成型因可以生產(chǎn)和制造形狀較為復(fù)雜的制品、易于與計(jì)算機(jī) 技術(shù)結(jié)合、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在高分子材料的成型加工中占有極其重 要的位置。注塑成型技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車、家電、電子設(shè)備、辦公自動(dòng)化設(shè)備、 建材等諸多領(lǐng)域。近年來，這些

19、工業(yè)領(lǐng)域迅速發(fā)展，給注塑成型技術(shù)的發(fā)展提供 了強(qiáng)大的推動(dòng)力，使注塑成型技術(shù)在發(fā)展速度上、水平上都得到了迅猛的發(fā)展， 特別是對(duì)于注塑成型新技術(shù)的發(fā)展更是起到了強(qiáng)大的推動(dòng)作用 。本文著眼于注塑 成型新技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)向，介紹了幾種用途較為廣泛的注塑成型新技術(shù)。近幾 年來，注塑成型新技術(shù)發(fā)展動(dòng)向主要集中在：新型氣輔注塑成型技術(shù)、多組分注 塑成型新技術(shù)、微孔發(fā)泡注塑成型技術(shù)、微注塑成型技術(shù)等方面。1 新型氣輔注塑成型技術(shù) 氣體輔助注塑成型技術(shù) （Gas-assisted InjectionMolding Technology）是自往復(fù)式螺桿注射機(jī)問世以來，注塑成型技術(shù)最重要的發(fā)展之一。它通過高壓氣體在

20、 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)注塑成型無法比擬的優(yōu)越性。一般氣體輔助注塑成 型的過程是：先向模具型腔中注入經(jīng)過準(zhǔn)確計(jì)量的塑料熔體，再直接注入壓縮氣 體；氣體在塑料熔體的包圍下沿阻力最小的方向擴(kuò)散前進(jìn)，對(duì)塑料熔體進(jìn)行穿透 和排空，作為動(dòng)力推動(dòng)塑料熔體充滿模具型腔并對(duì)塑料熔體進(jìn)行保壓，待制品冷 卻凝固后再開模頂出。近年來，氣體輔助注塑成型技術(shù)發(fā)展迅速，出現(xiàn)了一些創(chuàng) 新性技術(shù)，如水輔助注塑成型技術(shù)、冷卻氣體氣輔技術(shù)、氣輔共注成型技術(shù)、外 部氣輔注塑技術(shù)及振動(dòng)氣輔技術(shù)等。1.1 水輔助注塑成型技術(shù) 水輔助注塑成型技術(shù) （Water-

21、Assisted Injection Molding Technology） 是以德 國 Aachen 大學(xué)塑料加工研究所為代表的研究人員基于氣輔成型原理開發(fā)出的 新的注塑成型技術(shù)。由于氣體的熱容量比較小、導(dǎo)熱性差，氣體輔助注塑時(shí)，制 件相當(dāng)于單面冷卻，因而其成型周期往往比普通注塑長。水輔助注塑成型技術(shù)的 原理與氣體輔助注塑成型技術(shù)基本相同，只是用水代替氣體注入熔體中心。其工 藝過程為：（ 1）將熔體注滿型腔，進(jìn)行短暫保壓；（ 2）將水注入熔體中心，在 水的壓力下，制件中心的熔體倒流回注塑系統(tǒng)；（ 3）經(jīng)過一段時(shí)間保壓后，減 壓將水排出制件。排水所需的壓力可以由水的蒸發(fā)產(chǎn)生，或者通過加入水中的

22、 CO2 的蒸發(fā)產(chǎn)生。在注塑直徑為 30mm的 PP中空制件的比較實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，水輔助 注塑的冷卻時(shí)間比氣體輔助注塑減少了 75%。按照成型工藝過程的不同，水輔助 注塑成型有短射 （ 欠料注塑 ） 法、返流法、溢流法和流動(dòng)法 4 種工藝方法 1 。1.2 冷卻氣體氣輔成型技術(shù) 在氣輔成型過程中，盡管氣體輔助成型降低了塑件的壁厚，但在工藝過程中，冷 卻階段在成型周期中所占比例最大。當(dāng)氣體 （ 氮?dú)?） 將塑件穿透時(shí)，其冷卻作用 是非常小的。如果制品在脫模時(shí)冷卻不夠充分，則內(nèi)部殘余熱量會(huì)形成表面再結(jié) 晶，從而導(dǎo)致制品質(zhì)量降低或者變形，嚴(yán)重的時(shí)候制品內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)氣泡。為避免 以上情況的發(fā)生，可以采取延長

23、模具冷卻時(shí)間或使用次級(jí)冷卻裝置的措施，但會(huì) 增加成本。冷卻氣體輔助成型技術(shù)便是針對(duì)以上的問題而出現(xiàn)的一種新的氣輔成 型方法。在冷卻氣體輔助成型工藝中，氣體通常被冷卻至 20 180 。冷卻 氣體形成的過程是：常溫氣體通過一個(gè)腔室，在其中被液氮冷卻。這種冷卻氣體 輔助成型技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于：當(dāng)冷卻氣體穿透熔體時(shí)，在模腔內(nèi)會(huì)產(chǎn)生塞流效 應(yīng)，塞流產(chǎn)生的殘余壁厚比傳統(tǒng)氣體輔助成型要??；冷卻氣體也防止了制件內(nèi)部 起泡，并能產(chǎn)生較光滑的內(nèi)表面 2 。1.3 氣輔共注成型技術(shù) 氣輔共注成型技術(shù)（ Co-Injection and Gas-Assisted Injection Molding）是將聚合物共注成

24、型技術(shù)與氣輔技術(shù)相結(jié)合而得到的一種新工藝 。聚合物共注成型 技術(shù)是同時(shí)或者先后向模腔內(nèi)注入不同的聚合物熔體 ，形成多層結(jié)構(gòu)的一種成型 技術(shù)，而與共注成型工藝相比多了一個(gè)注氣過程；相對(duì)氣輔成型而言，則多了一 個(gè)多層結(jié)構(gòu)的形成過程 3-5 。氣輔共注成型的過程包括三個(gè)階段：( 1)共注塑階段。此階段與一般共注成型 工藝類似，只是在形成表 / 內(nèi)層結(jié)構(gòu)后，當(dāng)表層和內(nèi)層所注入的材料總量占型腔 總體積一定比例時(shí)，停止注塑熔體，此過程可謂氣輔過程的“欠料注塑”，只是 注入兩種以上的熔體；( 2)氣輔注塑階段。氣體對(duì)內(nèi)層熔體進(jìn)行穿透，隨著氣 體的推進(jìn)，被氣體“排擠”的內(nèi)層熔體又帶動(dòng)表層熔體向前流動(dòng)；(3)保

25、壓冷卻，釋壓脫模，獲得制品。為了實(shí)現(xiàn)聚合物的氣輔共注成型，必須對(duì)原有共注成 型設(shè)備進(jìn)行改造，即在共注成型設(shè)備的基礎(chǔ)上增加一套氣輔系統(tǒng)。1.4 外部氣體輔助成型技術(shù) 外部氣體輔助注塑成型技術(shù) (External Gas Molding Technology) 是與傳統(tǒng)的內(nèi) 部氣體注塑成型不同的一種氣體輔助注塑方法 。傳統(tǒng)的氣體輔助成型技術(shù)是將氣 體注入塑料熔體內(nèi)以形成中空的部位或管道 ，而新型氣輔成型技術(shù)是將氣體注入 模腔表面的局部密封位置中(相當(dāng)于在塑料熔體外部)，故稱之為“外氣注 塑” 6 。1.5 振動(dòng)氣輔成型技術(shù) 一般的氣體輔助注塑成型屬于非動(dòng)態(tài)成型工藝，而振動(dòng)氣體輔助注塑成型 (Vib

26、rated Gas-Assist Molding) 工藝最大的不同便是引入振動(dòng)波，使常規(guī)氣體 輔助注塑成型時(shí)注入的“穩(wěn)態(tài)氣體”，變?yōu)榫哂幸欢ㄕ駝?dòng)強(qiáng)度的“動(dòng)態(tài)氣體”， 從而利用氣體作為媒介將振動(dòng)力場(chǎng)引入到氣輔注塑成型的充模 、保壓和冷卻過程 中，使其成為動(dòng)態(tài)的成型工藝 7 。2 多組分注塑成型技術(shù) 多組分注塑( Multi-Component Injection Molding)是由至少兩種不同的材料通過注塑成型得到所需部件的加工過程，其整合各組分的優(yōu)越性能，可以生產(chǎn)普 通單組分注塑過程無法實(shí)現(xiàn)的特殊性能制品 。這種由兩種或更多種材料組成的產(chǎn) 品，與傳統(tǒng)的由一種材料成型的注塑產(chǎn)品相比具有不同的物

27、理特性。多組分注塑 成型的獨(dú)特之處在于 8 ：(1) 可將不同加工特性的材料復(fù)合成型； (2) 提高制 品手感和外觀，集多種性能于一體； (3) 縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及成型周期， 降低了成本； (4) 省略了傳統(tǒng)注塑成型后二次加工、裝配的過程。2.1 多組分注塑成型工藝 當(dāng)前，多組分注塑成型主要有共注塑成型、三明治成型、雙色注塑成型、包覆成 型、多色注塑成型等技術(shù) 9 ，而根據(jù)各組分在其成型過程中結(jié)合形式的不同， 大致可分為順序注塑成型和疊加注塑成型兩大類。2.1.1 順序注塑成型 順序注塑成型是指依次注入物料的工藝過程 ，這一過程是通過特殊的多組分噴嘴 來實(shí)現(xiàn)的。其過程是先向模腔中注入第一

28、種熔融組分形成制品表層，然后通過切 換多組分噴嘴的切換閥，注射第二種組分，形成制品的內(nèi)核部分，其過程如圖 1 所示。就常見的雙組分夾芯注塑來說，可以將兩組分某方面的性能互補(bǔ)，揚(yáng)長避 短，以達(dá)到單組分制品無法獲得的性能。順序注塑成型應(yīng)用最多的有以下三大 類：( 1)對(duì)于大體積制品，內(nèi)核利用回收的物料，而外層為起裝飾作用的新材 料；( 2)對(duì)于要求承受彎曲應(yīng)力等載荷的制品，其外層使用玻纖增強(qiáng)材料，而 內(nèi)核可以采用非增強(qiáng)材料；( 3)對(duì)于厚壁制品，常使用發(fā)泡物料制成其內(nèi)核 10-11 。圖1 順序注塑成型示意圖Fig.1 The schematic diagram of sequence injec

29、tion molding2.1.2 疊加注塑成型 疊加注塑成型過程是通過不同的澆口或流道將多種組分 （ 通常是兩種 ） 注塑到 一起，或者將一種組分疊加在另一種組分之上。與順序注塑成型相比，其關(guān)鍵在 于模具部分的改進(jìn)和變化。疊加注塑成型又可分為“熔融 / 熔融”注塑成型和 “固體/熔融”注塑成型兩種 10 。“熔融/ 熔融”注塑成型也就是一般說的共 注塑成型，其特點(diǎn)是同時(shí)把兩種熔融組分經(jīng)由不同的澆口注入模腔?！肮腆w / 熔 融”注塑成型的特點(diǎn)是在第一種熔融組分部分固化后，再注塑第二種，甚至第三 種、第四種組分。如模內(nèi)自組裝注塑成型，是在第一種組分完全固化后，通過內(nèi) 部或外部的傳遞機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移至下一

30、成型位置，注入下一組分，實(shí)現(xiàn)多組分注塑，如 圖2 所示10,12 。圖2 模內(nèi)自組裝注塑成型示意圖Fig.2 The schematic diagram of norm inner self-assembled injectionmolding2.2 多組分注塑成型設(shè)備 不同的成型工藝需要由對(duì)應(yīng)的成型設(shè)備來實(shí)現(xiàn) 。對(duì)應(yīng)于上述多組分注塑成型工藝 的分類，相應(yīng)成型設(shè)備的注射單元的主要形式有：（ 1）數(shù)個(gè)注射單元水平方向 相互平行或互成一定角度的布局 （L 型或 V 型） 設(shè)計(jì)或在豎直面內(nèi)垂直分布 ；（2） 兩個(gè)注射單元共用一個(gè)噴嘴 ，注塑部分允許兩種組分交替順序注塑或間歇順序注 塑。多組分成型設(shè)備

31、的代表有德國 （Krauss Maffei） 克勞斯 ? 瑪菲公司的 Revolution 旋轉(zhuǎn)壓板雙組分注塑系統(tǒng)等 13 。2.3 多組分注塑成型技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 隨著塑料注塑制品的廣泛應(yīng)用 ，多組分技術(shù)在當(dāng)代注塑技術(shù)中具有巨大的機(jī)遇和 希望。與單一組分的普通注塑技術(shù)相比，多組分技術(shù)在設(shè)計(jì)和功能上具有明顯的 優(yōu)勢(shì)。不同熱塑性塑料共成型、彈性體塑料和熱固性塑料共成型、超壁雙組分成 型、裝飾性襯里成型等是多組分技術(shù)的趨勢(shì) 14 。另外，用多組分技術(shù)制出的具 有磁性、導(dǎo)熱或?qū)щ娦缘忍畛湫凸δ軣崴苄运芰现萍渤蔀楫?dāng)前研究熱點(diǎn)。3 粉末注塑成型技術(shù)粉末注塑成型 （Powder Injection Mol

32、ding） 是將現(xiàn)代塑料注塑成型技術(shù)引入粉 末冶金領(lǐng)域而形成的一門新型粉末冶金成型新技術(shù)。它是塑料成型工藝學(xué)、高分 子化學(xué)、粉末冶金工藝學(xué)和金屬材料學(xué)等多學(xué)科滲透與交叉的產(chǎn)物，利用模具注 塑成型坯件，并通過燒結(jié)快速制造高密度、高精度、三維復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)零件， 能夠快速準(zhǔn)確地將設(shè)計(jì)思想物化為具有一定結(jié)構(gòu)、一定功能的制品，并可直接批 量生產(chǎn)出零件，是制造技術(shù)行業(yè)一次新的變革。3.1 粉末注塑成型的工藝過程及技術(shù)特點(diǎn) 粉末注塑成型的工藝流程，如圖 3 所示。（ 1）選取符合粉末注塑成型技術(shù)要求 的金屬粉末和有機(jī)黏結(jié)劑；（ 2）在一定溫度下，采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒎勰┖宛そY(jié) 劑混合成均勻的喂料；（ 3）用注

33、塑成型機(jī)將制成粒狀后的喂料注入模腔內(nèi)后冷 凝成型，得到成型坯件；（ 4）對(duì)成型坯件進(jìn)行脫脂處理；（ 5）燒結(jié)成型坯件， 得到最終產(chǎn)品。圖3 粉末注塑成型的工藝流程Fig.3 The flow chart of powder injection molding 粉末注塑成型技術(shù)在制造具有復(fù)雜形狀、均勻組織結(jié)構(gòu)和高性能、高強(qiáng)度、高精 度的產(chǎn)品方面顯示了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。不僅具有常規(guī)粉末冶金工藝工序少、無切削或 少切削、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，而且克服了傳統(tǒng)粉末冶金工藝制品、材質(zhì)不均勻、 機(jī)械性能低，不易成型薄壁、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，特別適合于大批量生產(chǎn)小型、復(fù) 雜形狀以及具有特殊要求的金屬零件 ，采用粉末注塑成型

34、進(jìn)行大批量生產(chǎn)有較大 的成本優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)成本只有傳統(tǒng)工藝的 20%60%。粉末注塑成型技術(shù)的出現(xiàn)，給 各行各業(yè)設(shè)計(jì)和制造人員提供了嶄新的設(shè)計(jì)思路和制造技術(shù) ，采用粉末注塑成型 技術(shù)可以大膽采用原來由于可加工性和加工經(jīng)濟(jì)性差而不得不放棄的一些結(jié)構(gòu) 復(fù)雜的設(shè)計(jì)方案。還可使原來由于加工困難、而不得不采用的組合件、拼裝件進(jìn) 行一次復(fù)合完成加工 15-16 。3.2 粉末注塑成型工藝的新發(fā)展 近幾年，粉末注塑成型技術(shù)得到快速發(fā)展。其最大特點(diǎn)是粉末注塑成型技術(shù)與其 他成型技術(shù)相結(jié)合，得到了許多優(yōu)異的產(chǎn)品。微型注塑成型和雙組分注塑成型與 粉末注塑成型結(jié)合：以微型拉伸試樣作為研究對(duì)象，證明雙組分注塑成型粉末產(chǎn)

35、品切實(shí)可行，開發(fā)的產(chǎn)品實(shí)例為一種微型加熱針。 Arburg 公司注塑了質(zhì)量為 0.0679g 的陶瓷產(chǎn)品，用作絕緣材料 17-18 。振動(dòng)輔助注塑成型 ：殷小春等 19 對(duì) 振動(dòng)輔助注塑成型應(yīng)用于金屬粉末注塑成型過程進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：振動(dòng)力 場(chǎng)可以使不同徑向位置處的模腔最大壓力隨振動(dòng)振幅、頻率的增加而減小，從而 可以在不影響制品性能的條件下降低注塑成型壓力 ，以拓寬金屬粉末注塑成型的 適用范圍。 今后，粉末注塑成型技術(shù)研究和開發(fā)的主要方向是：開發(fā)高效、低成本的預(yù)混合 粉生產(chǎn)技術(shù)；研究和開發(fā)工藝性能更佳的新型黏結(jié)劑，建立起黏結(jié)劑設(shè)計(jì)原理和 數(shù)據(jù)庫 20 ；開發(fā)粉末注塑成型過程模擬與仿真技術(shù)，

36、為模具設(shè)計(jì)和注塑工藝 制定奠定理論基礎(chǔ)；發(fā)展低溫、快速脫脂和低溫?zé)Y(jié)技術(shù)，減小缺陷和變形。4 微孔發(fā)泡注塑成型 微孔泡沫塑料 （MCF） 是指微孔直徑為 0.110.0 m，微孔密度達(dá) 1091 015 個(gè) /cm3 ，材料密度比發(fā)泡前減少 5%98%的 泡沫塑料。與不發(fā)泡塑料相比，微孔 泡沫塑料具有優(yōu)良的沖擊性能、高疲勞壽命、低介電常數(shù)和熱導(dǎo)率。由于微孔發(fā) 泡塑料達(dá)到了既降低材料的成本又提高其性能的雙重效果，性價(jià)比更高，因此具 有極大的應(yīng)用前景 。利用氣體超臨界液體狀態(tài)在整個(gè)聚合體中產(chǎn)生分布均一和尺 寸統(tǒng)一的微小的氣孔（根據(jù)聚合體不同的材質(zhì)及應(yīng)用，其尺寸通常為 5100m） 是微孔發(fā)泡注塑成

37、型的技術(shù)特點(diǎn) 。微孔發(fā)泡注塑成型技術(shù)與傳統(tǒng)塑料發(fā)泡技術(shù)比 較21，既不需要化學(xué)發(fā)泡劑，也不需要以烴基為原料的物理催化劑、泡沫劑 及其他助劑。合理利用微孔注塑成型技術(shù)可以擴(kuò)大產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式、提高生產(chǎn)效 率、降低生產(chǎn)成本。按照成型過程的連續(xù)性，可將微孔發(fā)泡注塑成型工藝分為間 隙式微孔發(fā)泡塑料注塑成型和連續(xù)微孔發(fā)泡塑料注塑成型。4.1 間隙式微孔發(fā)泡塑料注塑成型 間隙式微孔發(fā)泡塑料注塑成型是早期進(jìn)行微孔注塑成型的一種方法，工藝過程 22-23 是先在高壓下使氣體 （CO2） 均勻地溶解于固態(tài)聚合物中 （在聚合物玻璃 態(tài)下進(jìn)行） ，形成固態(tài)聚合 / 氣體飽和體系，加熱至熔融狀態(tài)。然后在高壓下注 塑成型，

38、并降低溫度和壓力至某一狀態(tài)，使聚合物熔體中的氣體過飽和，析出形 成大量的氣泡核，最后快速冷卻阻止氣泡生長，由此成型微孔發(fā)泡塑料。這種利 用壓力使惰性氣體滲入固態(tài)聚合物中成型微孔泡沫塑料的方法只適用于間歇式 生產(chǎn)，生產(chǎn)效率比較低，不及其他連續(xù)的微孔發(fā)泡注塑技術(shù)。4.2 連續(xù)微孔發(fā)泡塑料注塑成型 美國 Trexel 公司提供的 MuCell 技術(shù) 24 被認(rèn)為是第一種適合市場(chǎng)推廣的微 孔發(fā)泡注塑技術(shù) ，其工藝過程可以分為以下 4 步：（ 1）超臨界狀態(tài)下的氣體 （ 如 CO2） 在螺桿后退階段通過機(jī)筒注塑進(jìn)入聚合物熔體中，形成單相溶液； （2）當(dāng)高壓下機(jī)筒內(nèi)的熔體注塑進(jìn)人壓力較低的模具時(shí)，由于壓力變化，單相溶液經(jīng)歷 熱力學(xué)不穩(wěn)定的狀態(tài)，大量的成核點(diǎn)形成泡沫氣室；（ 3）氣體擴(kuò)散到泡沫中， 引起氣泡膨脹； （ 4）當(dāng)氣泡長大到一定尺寸時(shí)，冷卻定型。 MuCell 在注塑成型 技術(shù)上的突破，為注塑制品生產(chǎn)提供了其他注塑工藝所不具有的巨大能力，為新 型制品設(shè)計(jì)、優(yōu)化工藝和降低產(chǎn)品成本開拓了新的途徑。 其他連續(xù)微孔發(fā)泡塑料注塑成型工藝有： Ergocell 微孔發(fā)泡塑料注塑成型 24 、超臨界流體微孔發(fā)