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1、一种新颖的塑料加工方法气体注射成型一种新颖的塑料加工方法一气体注射成型钱知勉一概况(上海市塑料研究所)气体注射成型(GasAsslstedIniectioaMoldiag,简称GAIN).是当前欧美国家在开发的一种新颖的塑料加工方法,普遍认为它有重大的现实意义,因此被赋于”革命性”的称号,欧洲犬陆研究这种新方法已有十年之久,但对它的应用开发仅在几年前才受到北美塑料工业界的注意而兴起,至今美国和加拿大已申请专利保护.气体注意成型具有成型局期短,闭模压力低,制品无内应力,表面无疤痕等特长,因此它与结构饱沫塑料的成型方法相比有更多的优点.二,加工原理加工过程气体注射成型的过程示意见图1塑料都分地充满
2、模具后料流停止,然后将一定量的惰性气体(常甩氮气>从模具注入料流中心,在较厚的料屡中心由于熔融的塑料具有高的表面张力和较低的粘度,使料流狁如一个阻力块限制了气体的任意扩散而只能在此形成一个中空区.随着模内塑料冷却,气体压力保持恒定,然后在开模之前将气体排出.控制注入模内的塑料量.气体压力,注气及排气时间,就可以得到一个预定的气道星相连网络的中空制品.在气体的压力下厚屠处的熔融塑科被推至模壁而填满整个型腔.气体注射成型中形成的气道网络使整个制品受到恒定的气压,因此与一般的塑料成型方法相比,压力分布更为均匀.中空的气遭克服了塑料在厚壁部分形成疤痕的倾向,而恒定的气体压力在物料硬化过程中可尽量
3、减少甚至消除制品的翘曲相内应力.原料薹求气体注射成型虽适合于任何热塑性塑料,但出于对过程控制的需要,即要形成良好的气道并防止气体吹通气道壁,椰工的塑料必须具有一定程度的热熔强度,因比不宣加工低分子量树胝最逢台气体注射成型的是低熔融流动性的各类高分子量树脂,高含量填充嗣的树脂,塑料合金及共混物.在制品内设计犬的气道有助于物料的充摸,大的气道对含纤维状填料的树脂可使纤维的断裂程度减轻从而提高制品的使甩性能.周期对比圈2的上,下曲线分别表示了一般的注射成型(上图)及气体注射成型(下图)之注射压力与时间的关系.对一般注射成型来说,大多数的熔融科(9095)是在t这段时问内被注入模内的,然后在t-至t的
4、短时间内迅速升高注射压力而使物斜充满模腔.在t:时的最高注射压力决定了该注射机所需的闭模力大小.从t勋t时模腔内压力随塑科温度的冷却而下降,开模脱去制品是在t.甚至更长的时间以后.对气体注射成型而言,在t,进行快速注射,塑料料流在t处靠一一外术介一技一国新简.个位移阀切断而停止在t处的模腔内压力低亍一般注射成型时的压力,因为它有较大韵气道存在之故,然后在t到t时注入气体,此时塑料充满全部模具.气体注入前的保压时间t至t是个重要参数,受其他因素而变,一般为0至几秒钟内,须精确控翩.tt时塑料逐步冷却,气体压力保持恒定,到t对气体因注嘴后退而排出,直到te后才开模.tz时的注气压力大小与塑料的性能
5、和熔融粘度有关,一般取l47OMPa,最佳的保压值一般为起始压力的1080,取决于制品的几何形状.熔融温度与一般的注射成型法相同.总的成型周期,气体注射法与一般注射法相比并无十分明显的差异,这两种成型方法对物料充满摸具及其冷却时间是相似的,但气体注射法可短些,特别对成型较薄的制品或虽较厚但是中室的制品则气体注射法的周期更可有明显的缩凰三,/jo-r设备与制品设计气体注射成型的关键设备是气体注射系统,面对注射成型机本身没有特殊的要求一注射量误差在0.s的大多数注射机均可适用.气体注射系统由气体注嘴,气体系统控制屏及精确控制气体压力,时间,体积等参数的转换器构成美Detroit塑料公司设计制造了一
6、种气体注嘴,能接装在一般的注射成型机上.气体注射成型的制品设计应遵循下列原蜊l1.在制品中的气道通径必须明确2.沿着气道的壁必须较厚以确保气体流动并避免气体渗入较薄处,气道应该设计成园形;.a.塑料应通过一个合适的浇口亮入模内,4.流经气道的物料必须有去处并能充满模具;s.通常仅用一个注射浇口,它应被安置在合适的位置以使料量不足的注射毋能均匀地充填模具6.通常采用的气道几何形状与浇口或呈对称或呈单向关系;7.气道必须是连续畅通的;8.大多数情况下气遭所占体积约为,卜于制品总体积的10.四,气体注射成型法的优缺点优点1.减少内应力和翘曲:一般的注射成型,为了使物料充满模腔在模壁四周须保持几MPa
7、的压力,因此在注道上要施加高的注射压力,产生的内应力冻结在最早凝固的局边上,但因塑料有弹性记忆效应,所以在脱模后会产生翘曲现象这也导致在随后的二次加工如表面上漆镀铬或牯接时易发生变形然而对气体注射成型来I兑,气体的压力是各处相等的,气体流道呈网络系统故应力梯度就明显减小且在冷却对流道内的气体压力保持恒定,这就进一步减少了制品变形的倾向.2.消除表面的疤痕t在制品背面有肋或凸起部分的变形或疤痕,起因于塑料在冷却时的收缩,这是一般成型方_法存在的问题.对气体注射成型由于在制品的表面和背面之间导八了中空的气道(如图3所示)而能减少甚至消除表面疤痕值得注意的是气体注射成型的制品,设计的肋应该厚一些才有
8、助于导入气道,这与一般的设计经验是相反的,因为对传统的成型方法来说希望肋尽可能的薄些以免产生明显的疤痕由于在中心位置的物料温度最高,制品冷却时它将从气道的内表面开始收缩,故在可见的外表上不会留下疤痕.3.降低闭模力:注射压力在物料充模时为最高,数值大小决定了不发生溢料时所需的台模力.气体注射成型的闭模力可减少2590,投影面积达1.2M的制品可用8000千牛顿闭模力的注射机成型.通常它所需的单位投影面积闭模力即使对较低熔融指数的塑料也可低于65ookN/M,这仅仅比结构泡沫塑料所需的闭模力稍高一些.气体注射成型所需的低弼模力也减少了由此引起的溢料,模具磨耗等问题4.不需要外流遭.由于流道被设计
9、在制品内,所以即使对大型的复杂制品通常也不需要按装热的或冷的外流遭,塑辩通过一个单浇口注入模内,这样可减少模具成本和回头料并改善对熔体的温度控制采用内流遭能改善其流动型式,消除或控制由多浇口引起的汇台线图4表示了一个平台的底边,塑料从中央部位注入,各条肋既提供了内流遭又确保了所需的结构刚性并使制品表面无疤痕.5.可加工不同的壁厚:对一般的注射成型,标准的导向线能保证恒定的壁厚,而对气体注射成型如果气体流道被设计在制品厚薄相交的转变区则可以加工出在同一制品上厚度有变化的产品(见图s).气道确保了物料的均匀流动并免除了一般设计所存在的内应力.气道也可被用来形成管状截面,特别在制品的边缘部位更合适(
10、见图5).它可以不增加产品的重量而获得附加的强度和剐性.气体注射成型在设计上的弹性也带来了在模内可以不用抽芯装置,也不必在单一构件内设置多件模,更值得注意的是对局部地方有厚壁的制品,总的成型周期通常也不增加.缺点所有的塑料加工方法都存在欠泱之处,迥对气体注射成型来说,它的不足与上述优点相比较就显得是次要的了.1.制品上留有排气孔:因设有气道故存制品上会留下一个或几令孔.通常它可设计在看不见的邦位,但如果由于外观或使用上的要求以及在进行诸如上漆,镀铬等二次加工而不允许有孔洞对则可以被封闭2.表面泛白t气道可留下一种表面泛自的现象而使制品表面的光泽度有一定的差异,这可以通过把表面设计成花纹的方式来
11、弥补或者让气道设计在制品背面来解决.当然如果该产品还需进一步上漆的话刚也就看不刊泛白现象了泛白的程度与j工条件及塑料的种类有关.3.多腔模具:由于气体不能将物科从一个模腔推到另一个横腔并在每一个模腔内必须保持相同的欠注l亡态(不注足物料),因此精确地控制其欠注的程度或许是很难达到的.目前正在使用的是含有四个相同的汽车零件的四腔模,但需研究更多模腔的成型方法.4.模温控制t由于括着气遭韵壁巨影响冷却速率,所以均匀的壁厚要有良好的温度控制.模温要严格控制以免由于模温梯麈造成不规则的壁厚5.鼓泡t对高压气体,排气不畅常会鼓泡.气体渗入壁内会引起制品内的不连续气泡,这不仅会造成鼓泡现象而且也会由于物料
12、充模不足而使加工失败.6.独特的设计:对气体注射成型需要有独特的制品和模具设计,这也是它的一个不足之处通常将一般的注射成型机改造成适台气体注射,相对来说还是比较简单的,但是要把一般的注射模具变成气体注射模则是费时的,同时也不可能产生最佳的效果.同样,把气体注射模用在一般的机器上也得不到好产品,因此要取得气体注射成型的一系列优点就需对摸县和机器作独特的设计和加工7.大的中空截面:虽然产品的表面汨?4l似,但气体注射成型不能取代挤出或注射吹塑成型,气体注射成型不适台于加工瓶贮槽之类的薄壁制品.适宜于加工有不规则壁厚分布和吹气通道的产品.五,气体注射成型的应用举例气体注射成型制品具有结构泡沫塑料的许
13、多优点,因此不少结构泡沫塑料的应用如办公用设备的外壳,家俱等可为气体注射成型代替气体注射成型产品有良好外观,减少了壁厚,因此降低了制品的重量又缩短了成型周期.对某些应用于办公机器上的产品重量减少了3040,成型周期减少5O.而质量反而提高.现将气体注射成型加工的制品作有代表性的介绍并简要地说明采用之理由.1.汽车引擎的水箱格栅尺寸稳定,可免去使用冷却设备,减少成型周期,2.汽车的外部零件尺寸稳定,无表面疤痕,3.镀铬的缓冲器装饰物尺寸稳定,表面无痕J4.镀铬的汽车轮毅尺寸稳定,表面无痕,5.汽车的托门代替结构泡沫塑料,既可省钱,表面又无疤痕;6.汽车内饰物支架尺寸稳定并可设计成不同壁后,7.办
14、公用机器的机壳代替结构泡抹塑料,既可省钱又可提高表观质量,尺寸稳定,无痕;8.平台降低闭摸力,无疤痕又提高了结构刚性,9.整体椅子降低闭摸力,提高结构刖度,能控制汇台线位置.l0.手车斗提高边缘的刚性和尺寸一42一稳定性.进一步的应甩还可在汽车内装饰板,汽车缓冲器饰带和增强件,汽车保护板和车身条板等领域开发,特别在加工后者时因可简化摸具结构而73538(1989)(上接第33页)5.高黎物的靛弹性,子同隐等人编着6?聚台物粘弹性;.论,约翰-威廉,沈明琦着7.聚台物的性质,D-W范克雷维论着8.高分子材科科学,小野木?重治着9.高分子物理,最肆大学编lO.电工译文,197卫.卫il.绝缘参考(美国专利2995”9)东方绝缘材广编译.
