塑料制品注塑成型加工技术的发展趋势

注射成型在过去、现在和将来都是塑料制品的主要成型方法之一,目前正向着节能、精密成型、降低噪音和高度自动化方向发展。影响成型工艺和制品性能的各种问题正逐步进行解决,注塑机、模具也更多的采用CAD/CAM/CAE技术进行设计和制造。使设备水平进一步趋向系列化、标准化、科学化、通用化。也出现了一些新的加工技术和设备,如气体辅助注塑成型技术、热流道模具技术等,对改善成型工艺和制品性能效果显著。

 

气体辅助注塑成型技术

气辅注塑成型系统

气体辅助注塑成型技术最早可追溯到1971年美国人尝试采用加气注射成型制造后中空鞋跟并获得专利。1983年英国人从结构发泡成型制造机房装修材料衍生出“Cinpres”控制内部压力的成型过程。该过程在1986年德国国际塑料机械展览会上展出后很快就被人们作为新工艺加以接受,并称之为塑料加工业的未来技术。它从20世纪80年代开始实际应用至今,已使传统的注射成型工艺发生了根本的变革,并越来越引起人们的重视。目前几乎所有用于注射成型的热塑性塑料和部分热固性塑料都可采用气体辅助注塑成型技术。该技术在节省原料、防止缩痕、缩短冷却时间、提高表面质量、降低制品内应力及变形程度、减小锁模力、提高生产效率,以及降低生产成本等方面具有显著的优点。它突破了传统注射成型的局限性,可灵活地运用于多种制件的成型。例如,利用其充填阶段注入气体能节省原料、降低成本、缩短冷却时间的优点,可生产柱状制件(如衣服架、斧柄、沙滩椅腿等);利用其具有减小锁模力、减轻翘曲变形、提高制件表面质量的优点,可生产平板状的设有内置式气道的制件(如汽车仪表板家用电器外壳、大型家具等);利用其可将复杂结构制件一次成型的优点、可加工厚、薄壁一体结构的制件(如汽车车窗滑槽、办公和文具用品)等等。气体辅助注塑成型技术尚存在的缺点是:目前专用设备成本较高,排气孔可能会引起制件表面质量间题,加工某些制件所需锁模力较大,以及气体辅助注塑成型模具的设计和制造需要额外地考虑气道的设置等。此外,加工过程中增加了许多控制参数,诸如气体压力、熔体注射量、熔体一气体注射之间的延迟时间、气体保压时间等,这些对于缺乏气体辅助注塑成型加工、模具设计及制造经验的工程技术人员都具有一定的难度。

 

气体辅助注塑成型的基本工作原理是借助气体的作用将熔融塑料注入模具型腔,在保持外形完整的情况下,利用受压气体在塑料熔体内的膨胀使熔料形成中空断面。由于靠近模具表面部分的熔体温度低,粘度高,面处于模具型腔中心部位的熔体温度高,枯度低,易使气体在塑料件较厚的部位(如加强筋)形成空腔,面熔融塑料在气体的推动下向着模具的末端继续充填,形成所要成型的制件。

 

气体辅助注塑成型的主要过程可分为3个阶段:熔体注射,即聚合物熔体注入模具型腔,该过程与传统注射成型相同,一般熔体充满型腔的60%一97%(随产品而异);气体注射,即把高压高纯氮气注入熔体芯部,熔体流动前沿在高压气体驭动下继续向前流动,直至充满整个型腔;气体保压,即在保持气体压力情况下使制件冷却,在冷却过程中,气体由内向外施压,保证制品外表面紧贴模壁,并通过气体二次穿透从内部补充因熔体冷却凝固带来的体积收缩4然后,使气体泄压并回收循环使用,打开模腔,取出制件。

 

气体辅助注塑成型所需的设备是利用普通的注塑机,再加装一套气体注射装置。该气体注射装置由气体压力制备系统、喷气嘴和特殊的气压控制系统3部分组成。由工业气瓶出来的气体经第二个柱塞式气缸时受到预压缩,气缸里所含气体的最大容量能完全满足预充气的需要量,气体在第二个柱塞式气缸内被压缩到充气时所需的高压压力。整个气体制备过程对注射循环周期不会产生任何不利影响,因为它与注射成型中的计量过程是同时发生的,不占用设备的注射时间。

 

热流道技术

热流道技术是应用于塑料注塑模流道系统的一种先进技术。热流道元件相当于将注塑机的喷喷延伸至模具型腔的进料口,通过电热元件加热和精确控温,使流道系统内的塑料在注射成型过程中始终处于熔融状态,使射出压力损失最小,实现无冷凝料把的注射成型。从国内外的理论研究和实践表明,在注射成型模具中采用热流道技术对提高塑料制品质量、节材、节能和提高生产效率起重要作用。因此热流道注射成型必将逐步取代普通流道注射成型。

 

模具的工作原理如下:注塑机内的熔融料通过热流道喷嘴注入模具型腔,待塑料冷却定型后,动模打开,注塑机的推杆带动卸料板,将塑料制品从凸模上卸下。

 

热流道技术系统主要由热流道元件、电热元件和温度控制器3部分组成。热流道元件的结构形式主要分为用于单型腔模具的热喷喷元件和用于多型腔或单型腔多点进料的热流道组件。热流道组件一般由热流道板和热喷嘴组成。常用的热喷嘴形式有外热式喷嘴和内热式喷嘴。外热式喷嘴加热圈在喷嘴外部,热电偶装于喷嘴中部,其结构简单,控温准确,流道畅通无阻力,熔料压力损失小。采用陶瓷隔热圈使热传导仅为钢材的7%,与模具接触面仅为整体的6%,热量损失小。采用点浇口可使制品内部残留应力极低。使用范围宽,可用于流动性差的塑料。内热式喷嘴的电热元件装在鱼雷体内,熔融树脂在鱼雷体外的流道中通过,加热效率高。采用点浇口,鱼雷体尖端保持在浇口中心,利于注射后浇口剪断,且可使制品内部残留应力极低。适应范围广,但结构复杂。另外还有阀式喷嘴,能够防止流涎,适用于高流动性树脂。热流道板一般为以棒状电热元件加热的钢质板块,其中间开有流道通路,熔融树脂经过此通路及热喷嘴进人模具型腔。此种热流道板工作可靠,熔体压力损失小,易于更换电热元件。