水辅注塑：水提高生产力

作者：Rainer Protte和Klaus Konejung    来源：PT现代塑料

欢迎访问e展厅 展厅 1 注塑机展厅 注塑机, 立式注塑机, 二手注塑机, 真空成型机, 发泡注塑机, ... 气体辅助注塑（或者气体注射技术，GIT）是最先进的技术，但或多或少已经达到了它的极致。原因是导热性差、热容低、会压缩、以及需要使用高纯度气体。确切地说，气体注射技术的这些局限性正是水辅注塑（WIT）的优势，使其能开辟新的工业用途。例如，水辅注塑能帮助汽车业在生产冷却水管和加油管等时产生重要的经济性。它也能被用于制造其它大截面部件。 水的优点 吹走熔体的气体（通常是氮气）被水所替代，水辅注塑是气体注射技术的发展。尽管两种方法可以被用于制造具有功能性腔穴的塑件，但水辅注塑证明是最适合于经济生产具有大型闭合截面的部件。 水辅注塑以不同的形式出现。在吹的过程中，模腔被部分地填充熔体，然后气体膨胀（吹起），直至模腔被填充。与此相反地，在吹出或逆流过程中，模腔被熔体完全填充，然后流体芯被吹出到溢流模腔当中，或者被吹回到料管中。所有过程都可以与本文所探讨的模具（图1）一起使用。 水辅注塑基本上由五个步骤所组成： ◆ 注射熔体； ◆ 注射水和更换料芯； ◆ 保压段的水压维持（可以选择将冲洗过程包括其中）； ◆ 释压和排空水； ◆ 脱模。 因为需要一个完全成形的水道，加工参数在在水辅注塑中比在气辅注塑中更为重要。水的不可压缩性提供更佳的工艺控制，但会对注水装置提出更大的要求，不得不连续地提供必要的体积流动率。水与气体相比的一个优点就是在保压和冷却阶段当中：其极佳的冷却性能使熔体在内部被冷却，冷却时间被大幅地缩短。 水排空可以几种不同方式实现。对于加工温度高的材料来说，如聚酰胺等，蒸汽压力是足够的。重力也起着进一步的作用。另一种方法是通过另一个注射器注射压缩气体，将水吹出，并造成干燥效果。无论选择何种方法，从塑件中冒出的水经注射器流回至水箱当中。为了确保很好地排空，注水器必须放在模具的最低点。 工艺流体产生的效果 在气辅注塑和水辅注塑中，与熔体相比粘度极低的流体被用于吹大或吹出熔体。所以，水的粘度与熔体的不同，对工艺和流道形成的影响可以忽略。无论如何，水辅注塑比气辅注塑易于产生较小的壁厚。 流体移动产生的惯性作用影响着壁厚偏差。水辅注塑使壁厚更加均匀。在截面大而不均匀的塑件中，气辅注塑和水辅注塑之间的其它差别是显而易见的。对于气辅注塑，如果保压阶段太短，内表面可能会发泡。水辅注塑在这样的塑件中会形成较好的流道（图2）。 因为水比气体是一种更为有效的冷却剂，所以冷却时间及周期时间可以缩短，内表面而不会发泡。内表面极快地固化，不象气辅注塑，不会出现从厚截面区域滴下熔体。可以被缩短的时间长度主要与塑件形状有关，必须就各个情况进行检查。对冷却水管（图3）的试模比较性测试显示，周期时间缩短了55%。 在气辅注塑中，加工参数不会对壁厚产生任何重要作用。与此相比，在水辅注塑中，壁厚会随着不断增加的压力或体积流速而倾向于越来越薄。在吹出技术中，熔体注射结束和注水开始时之间的停顿应当尽可能的短。由气辅注塑已得知，材料类型有最大的决定性效果；其中纤维性填充物是最为重要的。 水辅注塑中的典型问题 在水辅注塑中可能出现的缺陷迄今尚未在气辅注塑中出现。所有缺陷可以通过适当选择加工参数得到弥补。通常，最好将目标定在高的体积流速与低的注水压力，这可以通过将背压最小化而实现，并由此获得足够的水保压时间。为了抑制靠近注嘴的旋涡和壁内的波纹，开始时必须在低压下注射水，然后应当尽可能快地将压力提高至实际的注射压力。 当水的体积流速太低时，会出现蒸汽引起的局部成型。如果出现气孔，水压就慢慢地积累，以至已经在低压下形成的薄表层会被水压所弄破。扩散过程引起水泡，而当在模具和流体两侧的熔体在低压下凝固，固体外层之间的材料皱缩引起空泡形成时，就会出现气孔。为了消除或者减少气孔的生成，在注射阶段额外需要高的体积流速，在保压或冷却阶段需要高的水压。材料的缓慢凝固可以对付气孔的形成。 有分叉的介质管线提出了一种特别的挑战。如果分叉也被吹出，那么对溢流模穴的控制就是严格的了。特别是如果用到了快速凝固的材料，一个薄层会在分叉处不合需要地凝固，它接着会不得不再次撕开。外表层的裂纹就是结果。 合适的材料 利用水辅注塑能加剧各种现象出现，如粗糙的内表面，严重程度根据所用材料的种类而有不同。例如，冷却水管中的粗糙内表面影响着流体的流动性能，而玻纤冲刷会可能污染冷却循环。 设备和注射器技术 水的不可压缩性对注射设备提出了特殊的要求。和气辅注塑情况一样，只对工艺流体进行预压缩是不可行的。由此在市场上出现了各种类型的系统。这些可以被划分为压力控制和体积控制类型。为了可重复性地制造出优质塑件，需要极高的体积流速与低背压的结合。而且，从压力生成到被塑件，整个系统的流动阻力必须保持低水平。注水管线的流道和注水器必须足够大，以防止压力的严重损失。而且管线应当尽可能的短，阀应当被放在靠近模具的位置。 控制装置必须进行阶进式闭环控制。水冷却提高了影响内表面质量的程度，例如在生产介质管线时。水应当通过接近模具的旁路返回。这确保为接下来的循环有合适的水温。 注射器是水辅注塑设备和塑件之间的重要界面。在注射器外壳和熔体之间需要可靠的密封，防止在注水和保压阶段出现水的突破。 注射器式样必须考虑水的粘度是气体50倍的事实。所以，水辅注塑不能使用具有环形窄缝的静态注射器。相反，为了充分快速地注水和可靠地回流水，需要孔径大的截面。孔截面也依据塑件尺寸而变化。在注射熔体时必须保证封闭孔穴。不同类型的注射器满足这些要求（图4）。油压注射器已经获得极好的效果，因为这种注射器可以在受控状态下打开和关闭。 成功应用 气辅注塑用于经济、优质地生产轴形塑件，如介质管线、手柄等，它们是壁厚有变化和熔体积累的塑件。水与气体相比好得多的冷却效果使内表面在水辅注塑中更快地凝固，缩短了冷却时间。由此，用水辅注塑来经济生产介质管线、汽车门把手、扶手和其它大截面塑件是可行的。然而对于小截面的塑件，气辅注塑是更好的，因为对于水辅注塑设备和工艺技术来说，额外需要大量的费用。 总结和展望 水辅注塑是对气辅注塑的补充，提供了一种打开新应用和市场的方式。迄今为止，类比性试验已经显示，它与气辅注塑相比，周期时间缩短了50-70%，具体数据根据材料、塑件形状和壁厚而不定。利用水而不是气体作为工艺流体，也降低了成本，因为水要便宜得多。 许多试验表明，正确的工艺控制、恰当的水辅注塑设备和改进的模具技术，是生产能成功的关键，需要专门的知识。而且，不是所有的材料都能经得起水辅注塑加工的。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (2/19/2005)