您當(dāng)前的位置：首頁 >> 技術(shù) >> 注塑 » 正文
發(fā)泡塑料注塑成型原理概論
  瀏覽次數(shù)：5536  發(fā)布時間：2016年08月08日 09:07:11
[導(dǎo)讀] 發(fā)泡塑料是以熱塑性或熱固性樹脂為基體，其內(nèi)部具有無數(shù)微小氣孔的塑料寂汇。發(fā)泡是塑料加工的重要方法之一病往，塑料發(fā)泡得到的泡沫塑
      發(fā)泡塑料是以熱塑性或熱固性樹脂為基體，其內(nèi)部具有無數(shù)微小氣孔的塑料骄瓣。發(fā)泡是塑料加工的重要方法之一停巷，塑料發(fā)泡得到的泡沫塑料含有氣固兩項 - 氣體和固體。氣體以泡孔的形式存在于泡沫體中榕栏，泡孔與泡孔互相隔絕的稱為閉孔畔勤，連通的稱為開孔，從而有閉孔泡沫塑料和開孔泡沫塑料之分扒磁。泡沫結(jié)構(gòu)的開孔或閉孔是由原材料性能及其加工工藝所決定的庆揪。 

      塑料發(fā)泡的技術(shù)淵源久遠(yuǎn)。最早是20年代初期的泡沫膠木渗磅，用類似制造泡沫橡膠的方法制取检访；30年代出現(xiàn)硬質(zhì)聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫始鱼；40年代有聚乙烯、聚氯乙烯脆贵、環(huán)氧樹脂医清、酚醛泡沫；50年代則有可發(fā)性聚苯乙烯泡沫和軟質(zhì)聚氨酯泡沫÷舭保現(xiàn)在会烙，基本上所有的塑料，包括熱塑性和熱固性的都可以發(fā)泡為泡沫塑料筒捺。工業(yè)上的制備方法有：擠出發(fā)泡柏腻、注塑發(fā)泡、模塑發(fā)泡系吭、壓延發(fā)泡五嫂、粉末發(fā)泡和噴涂發(fā)泡等等。其中，注塑發(fā)泡是最重要的成型方法之一沃缘，在這里重點講述注塑成型發(fā)泡躯枢。 

      發(fā)泡成型原理 

      塑料的發(fā)泡方法根據(jù)所用發(fā)泡劑的不同可以分為物理發(fā)泡法和化學(xué)發(fā)泡法兩大類。在這里首先簡單介紹一下發(fā)泡劑槐臀。 

      ◆ 發(fā)泡劑 

      發(fā)泡劑可簡單粗分為物理發(fā)泡劑與化學(xué)發(fā)泡劑兩類锄蹂。對物理發(fā)泡劑的要求是 ：無毒、無臭水慨、無腐蝕作用得糜、不燃燒、熱穩(wěn)定性好讥巡、氣態(tài)下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)掀亩、氣態(tài)時在塑料熔體中的擴散速度低于在空氣中的擴散速度。常用的物理發(fā)泡劑有空氣欢顷、氮氣槽棍、二氧化碳、碳?xì)浠衔锾俊⒎旱?炼七；化學(xué)發(fā)泡劑是一種受熱能釋放出氣體諸如氮氣、二氧化碳等的物質(zhì)布持，對化學(xué)發(fā)泡劑的要求是 ：其分解釋放出的氣體應(yīng)為無毒豌拙、無腐蝕性、不燃燒题暖、對制品的成型及物理按傅、化學(xué)性能無影響，釋放氣體的速度應(yīng)能控制胧卤，發(fā)泡劑在塑料中應(yīng)具有良好的分散性唯绍。應(yīng)用比較廣泛的有無機發(fā)泡劑如碳酸氫鈉和碳酸銨，有機發(fā)泡劑如偶氮甲酰胺和偶氮二異丁腈枝誊。 

      ◆ 物理發(fā)泡法 

      簡單地講况芒，就是利用物理的方法來使塑料發(fā)泡，一般有三種方法： 

      （1）先將惰性氣體在壓力下溶于塑料熔體或糊狀物中叶撒，再經(jīng)過減壓釋放出氣體绝骚，從而在塑料中形成氣孔而發(fā)泡； 

（2）通過對溶入聚合物熔體中的低沸點液體進行蒸發(fā)使之汽化而發(fā)泡祠够； 

（3）在塑料中添加空心球而形成發(fā)泡體而發(fā)泡等压汪。 

      物理發(fā)泡法所用的物理發(fā)泡劑成本相對較低，尤其是二氧化碳和氮氣的成本低古瓤，又能阻燃蛾魄、無污染，因此應(yīng)用價值較高；而且物理發(fā)泡劑發(fā)泡后無殘余物滴须，對發(fā)泡塑料性能的影響不大舌狗。但是它需要專用的注塑機以及輔助設(shè)備，技術(shù)難度很大扔水。 

      ◆ 化學(xué)發(fā)泡法 

      化學(xué)發(fā)泡法是利用化學(xué)方法產(chǎn)生氣體來使塑料發(fā)泡：對加入塑料中的化學(xué)發(fā)泡劑進行加熱使之分解釋放出氣體而發(fā)泡痛侍；另外也可以利用各塑料組分之間相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放出的氣體而發(fā)泡。 

       采用化學(xué)發(fā)泡劑進行發(fā)泡塑料注塑的工藝基本上與一般的注塑工藝相同魔市。塑料的加熱升溫主届、混合、塑化及大部分的發(fā)泡膨脹都是在注塑機中完成的待德。 

      總之君丁，不論選取哪一種塑料原料，也不論采用哪一種發(fā)泡方法将宪，其發(fā)泡過程一般都要經(jīng)過形成氣泡核绘闷，氣泡核膨脹，泡體固化定型等階段较坛。 

      結(jié)構(gòu)發(fā)泡成型 

      結(jié)構(gòu)發(fā)泡法(Structral Foam Molding)屬于化學(xué)發(fā)泡法印蔗，它是注射成型工藝技術(shù)中的一項革命。它保留了傳統(tǒng)注射成型工藝的許多優(yōu)點丑勤，又避免了傳統(tǒng)注塑工藝中遇到的一些問題华嘹，如制品強度不夠、生產(chǎn)周期太長法竞、模塑率低等耙厚。另外，采用結(jié)構(gòu)發(fā)泡技術(shù)還可模塑大型復(fù)雜制品岔霸、使用低成本模具薛躬、多模腔可同時操作，從而降低制品生產(chǎn)成本秉剑。結(jié)構(gòu)發(fā)泡制品是一種具有致密表層的連體發(fā)泡材料泛豪，其單位重量強度和剛度比同種未發(fā)泡的材料高3~4倍稠诲。 

      結(jié)構(gòu)發(fā)泡法最大的特點是可以不用增加設(shè)備侦鹏，用普通的注塑機便可以注塑生產(chǎn)，不過采用模腔擴大法發(fā)泡的高壓結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑機與普通注塑機相比臀叙，增加了二次合模保壓裝置略水。目前，震德公司已成功開發(fā)出CJ1000M3機用于結(jié)構(gòu)發(fā)泡成型劝萤，并已服務(wù)于客戶渊涝，得到了客戶的好評。 

      近年來，結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑成型技術(shù)得到了很廣泛的發(fā)展跨释，成型方法也很多胸私，但歸納起來可以分為三種：低壓發(fā)泡法；高壓發(fā)泡法（注：此處的低壓和高壓指模具模腔內(nèi)的壓力）鳖谈；雙組分發(fā)泡法岁疼。 

      ◆ 低壓發(fā)泡法 

      低壓發(fā)泡法注塑與普通注塑的區(qū)別在于其模具的模腔壓力較低，約2~7Mpa缆娃，而普通注塑在30~60Mpa之間捷绒。低壓發(fā)泡注塑一般采用欠注法，即將一定量（不注滿模腔）的塑料熔體（含有發(fā)泡劑）注入模腔贯要，發(fā)泡劑分解出來的氣體使塑料膨脹而充滿模腔暖侨。在普通注塑機上進行低壓發(fā)泡注塑，一般是將化學(xué)發(fā)泡劑與塑料混合崇渗，在機筒內(nèi)塑化字逗，必須采用自鎖式射嘴。注射時显押，由于氣體的擴散速度很快扳肛，會造成制品的表面粗糙，因此注塑機的注射速度要足夠快乘碑。一般采用增壓器來提高注射速度和注射量挖息，使注射動作在瞬間完成。 

      ◆ 高壓發(fā)泡法 

      高壓發(fā)泡法的注塑模腔壓力在7~15Mpa之間兽肤，采用滿注方式套腹，即一次注射量正好等于模具模腔的容積。為了使制件得到發(fā)泡膨脹资铡，可以采用強制擴大模腔电禀，或者使一部分塑料分流出模腔。一般較多采用模腔擴大法笤休。采用擴大模腔法的注塑機與普通注塑機相比尖飞，增加了二次合模保壓裝置，當(dāng)塑料和發(fā)泡劑的熔融混合物被注入到模腔后延時一段時間店雅，然后合模機構(gòu)的動模板向后移動一小段距離政基，使模具的動模和定模稍為分開，模腔擴大闹啦，模腔內(nèi)的塑料開始發(fā)泡膨脹沮明。制品冷卻后在其表面形成致密的表皮，由于塑料熔體的發(fā)泡膨脹受到動模板的控制窍奋，因此荐健，也就可以對制品的致密表層的厚度進行控制酱畅。動模板的移動可以是整體移動，也可以是部分移動使局部發(fā)泡江场，從而得到不同密度的制品纺酸。高壓發(fā)泡法對模具的制造精度要求高，模具費用高址否，并且對注塑機有二次鎖模保壓要求吁峻。 

      ◆ 雙組分發(fā)泡法 

      雙組分發(fā)泡注塑是一種特殊的高壓結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑方法，它采用專門的雙組分注塑機在张。這種注塑機有兩套注塑裝置：一套用來注塑制品的芯部用含，一套用來注塑制品的表層。在注塑時帮匾，先注入皮層物料啄骇，然后通過同一澆口再注入混有發(fā)泡劑的芯部材料。由于芯部材料呈層流狀態(tài)流動瘟斜，這就保證了芯部材料均勻地包覆在皮層內(nèi)部缸夹，使型腔得到完全填充。當(dāng)熔料填滿型腔后螺句，再注入少量不含有發(fā)泡劑的熔料虽惭，使?jié)部诜忾]。制品取出后蛇尚，再去掉澆口即得到具有不發(fā)泡致密表層和有芯部發(fā)泡的輕質(zhì)制品芽唇。 

      微孔發(fā)泡成型 

      微孔發(fā)泡成型屬于物理發(fā)泡法。常規(guī)泡沫塑料的泡孔直徑一般大于50mm取劫，泡孔的密度 (單位體積內(nèi)泡孔的數(shù)量 )小于106個/cm3匆笤。這些大尺寸的泡孔受力時常常成為初始裂紋的發(fā)源地 ，降低了材料的機械性能谱邪。為了滿足工業(yè)上要求降低某些塑料產(chǎn)品的成本而不降低其機械性能的要求炮捧，20世紀(jì)80年代初期，美國麻省理工大學(xué) (MIT)的學(xué)者J.E.Martini J.Colton以及N.P.Suh等以CO2惦银、N2等惰性氣體作為發(fā)泡劑研制出泡孔直徑為微米級的泡沫塑料咆课，并將泡孔直徑為1mm~10mm，泡孔密度為109~1012個/cm3的泡沫塑料定義為微孔塑料(Microcelluar Plastics)扯俱。 

       注射成型是微孔塑料制品的主要成型方法之一书蚪。塑料原料加入注塑機的料筒后，在螺桿剪切力及加熱圈外加熱作用下塑化蘸吓，發(fā)泡劑直接注入注射螺桿熔融段末與熔體均勻混合善炫，然后高壓高速注入模腔撩幽。在模腔內(nèi)突然降壓库继，使熔體中大量的過飽和氣體離析出來箩艺，發(fā)泡、膨脹宪萄、成型艺谆、定型形成微孔塑料制品。另外拜英，也可以采用改變溫度的方法形成泡核静汤，與改變壓力法相比，比較容易控制居凶，但對于氣體溶解度對溫度不敏感的塑料不適用虫给。 

     開發(fā)微孔塑料注塑技術(shù)難度比較大，因為和常規(guī)泡沫塑料相比侠碧，泡孔的尺寸要小得多抹估，要想得到良好的微孔塑料制品，必須要保證對進入機筒熔體中的超臨界流體精確計量弄兜，要求塑料熔體必須充分混合药蜻、均化、分散替饿，形成均相混合體语泽，保證熔體中的成核點必須多于109個/cm3、及時控制成核氣泡的膨脹等等视卢。這對設(shè)備本身及注塑工藝參數(shù)的要求都非常之高踱卵。 

      采用該技術(shù)的特點是： 

● 制品重量約減少50％； 
● 注射壓力約降低30~50％据过； 
● 鎖模力降低20％颊埃； 
● 循環(huán)周期減少10~15％； 
● 采用一套帶計量控制裝置的氣體輸入設(shè)備蝶俱。 

      據(jù)報道班利，國外一些注塑機生產(chǎn)商已成功開發(fā)出微孔塑料注塑機，比如美國Trexel公司榨呆、德國Arburg公司罗标、奧地利Engel公司等。目前還有Milacron积蜻、Husky闯割、Battenfeld等公司正在加緊發(fā)展自己的微孔塑料注射成型設(shè)備。國內(nèi)華南理工大學(xué)從1995年開始研究微孔塑料竿拆，在理論上取得了一定進展宙拉，并已在實驗室制備出多種型號的微孔塑料。隨后丙笋，其它高校也相繼進行了微孔塑料的研究谢澈。但離微孔塑料的產(chǎn)業(yè)還有一段距離煌贴，目前國內(nèi)還未有微孔塑料注射成型設(shè)備的產(chǎn)品。 

      結(jié)語：發(fā)泡塑料由于有氣泡的存在锥忿，因此具有質(zhì)輕牛郑、省料、能吸收沖擊載荷 敬鬓、隔熱和隔音的性能淹朋、比強度高等特性，特別是可以節(jié)省材料钉答、減小能耗础芍、降低成本方面，使得可以大力推廣應(yīng)用数尿。微孔發(fā)泡塑料除了具有上述一般泡沫塑料的優(yōu)點外者甲，還有更加優(yōu)良的力學(xué)性能。因此砌创，泡沫塑料的應(yīng)用范圍十分廣泛虏缸，特別是在制作汽車、飛機和各種運輸器材等領(lǐng)域有特殊的應(yīng)用價值嫩实」粽蓿可以預(yù)計，發(fā)泡注塑尤其是微孔發(fā)泡注塑將是塑料加工機械及制品加工的一個熱點甲献。