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组合工艺造出表面出色的发泡件 |
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作者：Kunststoffe Joegg 来源：PT现代塑料 |
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在注塑中，许多特别的工艺经常将技术和功能优势和经济上的优势结合在一起了。用户为引入这些特殊工艺所需的努力和可靠控制它们所需的努力有着很大的不同。如果特殊工艺也必须结合在一起，那么可能要大大地增加工作。但它也有可能完全地不同，例如具有发泡芯的双组份单夹芯注塑。这种工艺的诱人之处在于技术可靠和简单得不会使人紧张，当然还有这种技术所做出来的塑件的技术优点。
减轻塑件的重量是应用发泡工艺的一个重要原因，但当然并不总是最为重要的。通常其它一些优点也是重要的，例如：
◆ 皱缩和变形的减少；
◆ 对声音和热量的更好隔绝；
◆ 避免出现下沉的印迹；
◆ 更低的注射压力。
在应用化学发泡剂和物理发泡剂时，这些优点是同样适用的。虽然物理发泡剂通常允许较大的发泡程度，但应用化学发泡剂的场合中，工艺控制复杂度要稍小。然而最终是应用决定了哪一种是要选择的最佳发泡工艺。
“热气”创造泡沫结构
两种竞争性工艺的共有特色是发泡剂熔解在熔融材料泡沫中，当注射到模内的压力下降到低于发泡剂的膨胀压力时，就会形成细胞状结构。粉状或母料状的化学发泡剂被添加到粒状成型复合物当中，当聚合物熔化时，化学发泡剂就分解，开始了发泡过程。物理发泡剂通常在塑化或注射阶段时被添加到熔体当中。
化学发泡剂早在注塑刚刚出现的日子里就有了，物理发泡剂为人所知也有约三十多年了。现在有一些经过修正的工艺，有希望产生统一和泡状结构良好的泡沫，并具有极为理想的性能。最为出名的工艺之一就是“多泡孔（MuCell）”工艺，它起初是由美国麻省理工学院所开发出来的，现在是由Trexel公司拥有专利权。
降低的粘度意味着所需锁模力的降低
MuCell工艺利用了惰性气体，通常是二氧化碳或氮气，在规定温度和压力条件之下，它们被转化到超临界状态，并被注射到熔体之中，在塑化过程中，这是通过专用阀来完成的。在塑化之后，气体与熔体一起形成一种单一状态的混合物。一旦注射压力降低至膨胀压力以下，气体就在模具内使熔体发泡，就形成了细胞状结构。发泡程度对于工程聚合物可以说是能获得的重量减轻，通常为10%—20%。在被填充或增强塑料中，可以看到更大的重量减轻。
图1 由MuCell工艺生产发泡塑料
使用MuCell工艺需要对注塑机进行特别的调整（图1）：
◆ 具有专用螺杆和针阀注嘴的改进型螺杆（①）；
◆ 融合超临界气体的气体注射器（②）；
◆ 气体准备装置（③）；
◆ 具有合适软件的控制装置（④）。
除了以上所述发泡注塑的常见优点以外，在MuCell工艺中，因为混合了发泡剂，所以熔体粘度也有额外的降低。这种效果被用来降低注塑机所需的锁合力和周期时间（图2）。
图2 MuCell工艺生产发泡件
MuCell工艺广为认可的优点是它能产生微细胞状泡沫结构。如果微胞尺寸仍然小于几个微米大的临界缺陷尺寸，那么机械性能就不会受到影响。但是在实际中会发现小孔不会形成微胞结构，至少在整个塑件中都是这样。所以与未发泡塑件相比，机械性能就受到破坏，在一些情况中还很严重，这依发泡程度而变化。通过设计上的对策可以进行解决。
发泡塑件表面差强人意
在将成型复合物注射到模具中时，熔体压力马上降低至发泡剂的膨胀压力以下。部分熔体立刻分离出来，在模具腔壁上凝固。这些凝固区域局部呈泡状。这种现象会使表面显得有斑纹或模糊不清。发泡塑件不能被用作外露塑件，或只能在经过精细的二次打磨以后才可用作外露件。特别是对于汽车业，他们一直在努力要节省重量，而吸引力不够的表面是发泡工艺的一项严重缺点。
外部光滑，内部泡状
所以，不只是汽车业的各行业的目标就清楚地展示出来了。要寻找一种工艺或工艺组合，能保持发泡的优点，而同时实现优良的表面质量。塑件应当有一个泡芯和未发泡的外皮。每个泡芯和外皮都需要有特殊的功能，而这由夹芯注塑来实现就是再合适不过了。
这种特殊的双组份工艺能生产出具有三层截面的塑件。两种组份是一种注射到另一种之中，这样一种就成为塑件的芯层，第二组份完全包住了这个芯层。外皮和芯层材料可以有不同，使注塑具有特殊的性能。
对于相对较大的塑件，芯层用混合回收料，外皮用新料产生完美表面，这在成本上也是有优势的。例如，假设回收料含量为35%，回收料价格是新料的一半，那么材料成本就节省了17.5%。具有软材料外层的纤维增强芯层就产生出一种“软触”效果。其它材料组合会产生出降振和降噪性能。
一个注射装置内两种熔体
但是对于标准夹芯工艺，具有高度复杂的普通注嘴的两个完整注嘴被使用，工艺控制，特别是注射的工艺控制非常复杂。Ferromtik—Milacron的单夹芯工艺大大简化了工艺。技术构造也不复杂。只要塑件芯层的材料被塑化，附属挤出机就直接把主要组份传送到注射装置的螺杆前端。所以熔体就在机器唯一的注射装置内一层贴一层，并靠一次冲程被传送到模腔中。芯层组份一直在流道中央流动，表层组份在模腔外部均匀地积累，并接收前面的材料层。两种材料的粘度比对于渗透流动起着关键的重要性，所以对层状结构也是如此。如果芯层组份的粘度大于表层的，那么流动就会稳定，就会芯层材料分布就相对的均匀。
单夹芯工艺拥有极为简单的工艺技术，在安装之后，操作和机器控制几乎与标准单色机器没有不同。通过只有一个冲程的注射缸完成注射，所以和标准注塑是一样的。唯一的工艺变化在于芯层组份的塑化。色彩变化也是相应简单的，实际上不需要手工做清洁。另一个优点是单芯注塑机的采购价格只有对应标准单色机器的25%左右，而其它夹芯工艺的附加成本可能很容易地就是60%或更多。
两种工艺优势的结合
图3 由发泡芯和非发泡表层组成的椅
壳，重量减轻13％，周期缩短24％，
锁模力由2750KN降至700KN。
在将单夹芯和MuCell工艺相结合的过程中，Ferromtik—Milacron成功地生产出具有优良表面质量的发泡塑件，并充分发掘了两种工艺的优点。图3所示例子显示出MuCell的优点是如何保持的。椅子的底壳具有发泡芯层（红色，ABS料）和未发泡的表层（黑色，ABS料），与未发泡塑件相比，它实现了：
◆ 重量减轻13%；
◆ 周期时间缩短24%；
◆ 锁模力由2750kN降至700kN。
通过这种方法，也有可能使塑件成本降低20%左右。
总结
注塑机器制造商将特殊工艺综合在一起，显示出推动其顾客技术开发的实力。通过结合两种工艺技术，生产出具有优良表面质量的发泡塑件，这是一种潮流。除了由此做出的产品所具有的纯粹技术优点以外，在成本上也有可能巨大的优势，特别是对于材料成本所占比例大的塑件。所以高品质技术注塑机的增值为顾客带来了重大的利益。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(2/19/2005) |
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