气体辅助注射成型技术
第12卷第5期Mod
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郭建明申开智
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(四川大学高分子材料科学与工程系,成都,610064)
.,
摘要:介绍了消除厚壁制件所出现的塘痕,凹痕映陷的一种新型塑料成型工艺——气体辅助注射成型技术的工作原理,技术关
髓,及嚣:譬了嚣蒜托辫,瘟】蠡?词:气体辅助注射成型内置气体辅助成型寰面气体辅助成型7’FlJV1『?’.
为了消除厚壁制件表面的缩痕,凹痕,通常采用
结构发泡成型工艺将化学发泡剂加入到塑料熔体
中,生成均匀的气泡,防止制品内部缩孔和表面缩
痕.但结构发泡成型技术容易在制件表面形成气穴,
往往因化学发泡剂过分充气造成气泡,而且在装饰
性应用时需要喷涂.另外,结构发泡成型技术不适
用于壁厚不均匀的制品.新发展的气体辅助注射成
型技术(GasAssistedInjectionMolding,简称
GAIM)则克服了注射成型和结构发泡成型的主要
限制,同时结合了两种成型方法的主要优点,发展了
气辅注射成型技术,避免或减少制件表面的缩痕,凹
痕等缺陷.
1气辅注射成型工作过程
气体辅助注射成型的工作过程可分为四个阶
段:第一阶段为熔体注射,即将熔融的塑料熔体注射
到模具型腔中.它可以分为”欠料注射”(Short—
st~ot)和”全料注射”(Full一出t),根据不同的成型工
艺来选择.对于”欠料注射”,熔体的注射量为型腔
的60%一95%,具体随产品而异,需通过实验来确
定.第二阶段为气体注射,可于注射期的前,中,后
不同时问段注人气体,气体的压力必须太于塑料熔
体压力以达到使塑件成中空状态.第三阶段为气体
保压,当塑件内部被气体充填后,制件在保持气压的
情况下冷却.在冷却的过程中,气体由内向外施压,
使制品外表面紧贴模壁,并通过气体二次穿透从内
部补充因冷却带来的体积收缩.第四阶段为制件且li
模,随着冷却周期的完成,排出气体,塑件由模腔取
出
2材料及应用
21材料
气体辅助注射成型技术可用于绝太多数的热塑
性塑料(增强或不增强)及部分热固性塑料,如表1
所示,不太适用于特别柔软的塑料,如应用于PU会
出现一些问
[1?.
表1适用于气辅成型的材料
非晶态部舟结晶
普通塑料Ps,ABSPE,Pp(包括填充的),pP/EPD~
工程塑料FC,FC/AB~,FC/PBT,PAil,PA66(包括增强的),
Pf帆,PES,PARP0M,P酐,P日,PPS,LCP,
PEEK,PAI
22典型应用
用于气辅成型的塑料制件大致可分为三类:
(1)管形和棒形制件如衣酿架,扶手,椅背,利
棒,方向盘,主要是利用气体穿透形成气道来节省材
料和缩短成型周期.
(2)板状制件如汽车仪表板,办公家俱,主要
是减小翘曲变形和对注塑机的吨位要求,以及提高
制件的刚性,强度及表面质量.
(3)厚薄不均的复杂制件如家电外壳,汽车部
件,可以通过一次成型简化工艺.
收稿日期:2吣0—03—14.
作者简介:郭建明.硬士,现于四川大学高分子材料科学与工程
系从事聚舍锄成型加工新工艺,新方祛,新技术的研究.
现代塑料加工应用第12卷第5期
3内置气体辅助成型技术
内置气体辅助成型技术,又称为”气体注塑技
术”(Gas—InjectionTechnology),是首先进行”欠料
注射”即将部分塑料熔体注入模具型腔,然后将压缩
气体注入到熔体中推动熔体前进将型腔充填满,形
成内部中空制件(如图1).对于某些制件来讲,”欠
料注射”优于”全料注射”.”全料注射”是首先将型
腔注满熔体并进行保压,然后注入气体,在气体压力
的穿透下,多余的熔体流入到溢料井中(如图2)或
流回注塑机料筒中.
气体保压
(cJ
气体排出
(d)
门打开
井
围2.全科注射成型过程
适合于该技术成型的制件主要为棒状,板状,带
有较厚截面的板状制件以及难于用普通注射成型的
塑料制件.
该成型方法具有减少制件质量,缩短循环周期,
消除凹痕及缩痕,减小锁模吨位,简化浇口系统,缩
小制品成型内应力和翘曲,提高制品的刚度与强度
等优点[1l.
4表面气体辅助成型技术
表面气体成型技术(简称EGM)首先是将模具
型腔充满塑料熔体,然后在模具及塑件背面的特别
封闭处注入一定压力的气体,使熔体紧贴型腔壁,来
代替普通注射过程中的保压,而且使保压压力能局
部或平均分布,可以消除熔体冷却过程的体积收缩
及制件外表面的凹痕及其他外观问题的出现,提高
表面的粗糙度等级(如图3)….
表面气体辅助成型技术主要应用于薄壁塑件
(厚度在lmm左右)的成型或较长
的塑件要求.
气体可用于局部或整个表面之上.
表面气体辅助成型技术的优点是防止产品表面
出现缩痕,凹痕,制品内应力减少,脱模后变形低,缩
模力低,模具磨损小,设计自由度提高,并可以多点
注气.
EGM法用于电视机外壳,音像器材外壳,办公
家具及电脑用品,汽车零件等制品的成型[?3,.
5气辅成型设备
51注塑机
由于气辅成型通过控制注入型腔的熔体量来控
制制品的中空率及气道的形状,所以对注塑机注射
熔融树脂量及注射压力的精度要求较高.一般情况
下注射量的精度误差应在?0.5%以内,压力波动相
对稳定,控制系统和气体控制单元相Ngd[2].
1?0『.?
郭建明等.气体辅助注射成型技术
52气辅装置5.3注气喷嘴
气体辅助装置由
氮气发生器,气体压力制
备系统,特殊气压控制单元,气体回收装置,注气喷
嘴组成【l,2?.
气辅成型所采用的气体要求是反应活性低的气
体,通常采用氮气,因为氮气价廉且来源广泛,标准
氮气发生器提供注射需要的氮气.
气辅成型技术中,必须使注射气体达到一定的
压力,现已采用的气体生压法有两种:连续生压法和
间歇式生压法.
间歇式生压法原理为:气缸中充满氮气,压力强
化系统将气体加压,一旦气体压力达到所设定的压
力,即气体注入.此方法的特点是气体压缩前的”容
积控制”,对每一周期而言,气体在可以被注入前必
须加压,这就意味着在两次气注之间需要一极短的
复原时间,压力分布曲线如图4所示.
压力
时间
圈4间歇式生压法压力分布曲线示意圈
连续生压法则备有气体压缩机,将氮气压力强
化达到预定的压力水平,压力由相配合的阀在注气
点释放.此方法特点是几乎在整个冷却期问都可以
保持高的压力,可以在若干个注气点或对不同的注
射成型机注气,而只采用一套生压系统.其压力分
布曲线如图5所示.
气体回收装置用于回收气体注射通路中残留的
氮气,不包括制品气道中残留的氨气,因为气道中的
氮气会混合别的气体,如空气或挥发的添加剂等,如
圆收会影响以后成型制品的质量.
压力
时间
圈5连续生压法压力分布曲线示意圈
进气喷嘴有两类:一类是主流道式喷嘴,即塑料
熔体和气体共用一个喷嘴,塑料熔体注射结束后,喷
嘴切换到气体通路上实现气体注射.另一类为气路
专用喷嘴,又分为嵌入式和平面式两种.
6技术关键
6.1模具及制品设计【3l5,7】
气体人口位置及气道设计是气辅注射成型模具
和制品设计的关键.
人口位置设计时应注意:人口位置应尽可能靠
近浇口部位,不能形成气体环流状态;注气口注入气
体流动方向应与树脂流动方向一致;注料及注气最
好均采用白下而上或水平注入方式.
气道设计原则为:气道相对于浇口的布置应对
称或单一方向;气道必须连续,但不应该自己形成回
路;一般情况下,气道体积应小于制品体积的10%;
气道应尽可能地延伸到最后被充填的区域,气道管
网布置要使气体能充填到型腔的尽头,而且尽可能
靠近最后被充填的区域;为了减小跑道教应,在合理
的前提下要尽可能把气道尺寸设计小些.
6.2工艺参数控制
熔体部分充填的剂量,转换时间,气体的压力及
气体的保压时间等工艺参数是气辅成型技术的另一
关键因素.
(1)熔体的填充量
如果气体仅穿过塑料熔体而未在熔体内形成气
囊,说明熔体注射量处于临界熔体注射量.如果填
充量远大于临界注射量,气体通道的长度缩小,截面
积缩小.不能得到理想的中空制品;相反,如果低于
临界注射量,则会导致气体穿透.
(2)转换时间’
当注射结束时,合理的选择气体的转换时间,可
以避免流动前沿停止流动和在制件表面出现可见的
滞留痕或形不成气道.因为注入气体过早,熔体外
表无充分冷却,气体易穿破熔体;过晚,熔体冷却凝
周,气体不能形成气道或在制件表面形成滞流
.
(3)气体的压力
注气开始时较高的压力和以后稍低的压力为气
体通道成型和定型所需.
加,fz一
现代塑料加工应用第l2卷第5期
(4)气体的保压时间
如果排气过早,达不到采用该技术的优点;排气
过迟,则会延长生产周期和降低设备利用率,增加成
本[6o].
7结论
内置气体成型技术在工业上已经应用了大约
15年,它具有合模力小,消除制品缩痕等优点而得
到广泛的应用.表面气体成型技术则是最新发展起
来的新型技术,它具有表面质量优良,变形小,合模
力小等优点,也具有很好的发展前景.总之,尽管设
备相对贵,但采用气辅成型技术生产的注塑料制品
在市场上是受欢迎的,目前国内已有多家企业引进
该项技术和相应的设备,值得同行关注.
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GASASsIs1哑DINJECn0NM_0LDING
GuoJianmingShenKaizhi
(DepartmentofPolymerMaterialScienceandEngineering,SichuanUniversty)
ABSTRACT
Thekeyprocessingtechniques,machineryandapplicationsofgasassistedinj
ectionmouldingtechnologyfor
avoidingsurfacesinkmarksinthickwalledpartsweredescribed.Thetechniquesofinternalandexternalgasas.
slstedinjectionmouldingwereconciselyintroduced.
Keywords:gasassistedinjectionmoulding,sinkmarks;interrMgasassistedi
njection;externalgasinjection
moulding
-
?t__-?k_____-?}___-?k-?}j?j?-?*j?-?k-?k-?}_-?k____j?j?-?kj?-?kj?_-?k____
e6./r能贮存光能的塑魁
八年前日本神奈川大学工学部西久保忠臣教授开始设
想,能否把光能通过塑料贮存起来.然后再将贮存的光能以
热能的形式释放出来,现已获得成功.
西久保忠臣先研制了降冰片二烯衍生物(t,n3D),这种衍
生物能吸收紫外光,吸光后衍生物变成异构体四环庚烷,这
时的四环庚烷的分子处在应变状态,当这种应变状态在催化
剂(一种钴络合物)作用下就能恢复到原来状态,即转变成原
来的降冰片二烯衍生物,同时放出热能,反应是可逆的,释放
出热能后该衍生物又会吸收光能,将光能贮存起来.
然而,降冰片二烯衍生物只吸收紫外光,效率很低.解
决这个问题的方法是添加转化效率高的高分子敏化荆.在
低分子量的降冰片二烯衍生物中结合能促进反应的古有羧
基的发色团,使之能吸收可见光,但低分子塑料为液态,操作
不便,用途有限,而高分子的薄膜状或珠状,使用方便.西久
保教授又进行了贮存光能塑料的高分子化研究,既接上了发
色团,叉结合了羧基.
经高分子化后的低分子塑料,其性能基本上是相同的,
降冰片二烯能在约5mln内全部转变成四环庚烷,四环庚烷
恢复降冰片二烯时,低分子材料的速度快,不过改变催化剂
的浓度可以控制转化速度.
光能贮存塑料的贮存性能不全相同.对低分子材料20
天内有80%四环庚烷恢复成降冰片二烯;高分子材料(溶
液)则为70%;而高分子薄膜,即使放置1年,还能贮存88%
的能量.
目前,贮存光能的塑料还处在试制阶段,还需进一步提
高反应性和转化效率和寻找便宜的催化剂.
(辽宁辽中县南门街6号于丽萍)
,a,
罩,散热器水室,空调护风圈,已在国产汽车上批量使
用,另外可做机械工业中的轴承保持架和电子电器接插件.
与会专家对这种产业化产品高度评价,并希望进一步扩大规
模,产生更大的社会效益和经济效益.
(1TwJ)