超臨界流體-微孔發(fā)泡注塑成型工藝技術(shù)科普
什么是微孔發(fā)泡成型？
微孔發(fā)泡注塑成型工藝(MuCell)是指以熱塑性材料為基體，通過(guò)特殊注塑加工工藝，使制品中間密布十至幾十微米的封閉微孔。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，泡孔的密度（單位體積內(nèi)泡孔的數(shù)量）小于106個(gè)/cm3。這些大尺寸的泡孔受力時(shí)常常成為初始裂紋的發(fā)源地，降低了材料的機(jī)械性能。
超臨界流體發(fā)泡技術(shù)-微孔發(fā)泡注塑成型工藝
采用超臨界流體-微孔發(fā)泡注塑成型工藝，即超臨界狀態(tài)的氮?dú)饣蚨趸迹鳛榘l(fā)泡劑，經(jīng)過(guò)精確計(jì)量后，與熱塑性塑料熔體充分混合均勻，形成均勻的熔膠/發(fā)泡劑均相體系，包括單相溶液；所獲得的這種均相體系，經(jīng)過(guò)發(fā)泡成型口?；蜃⑺苣＞邔?shí)現(xiàn)所需要的發(fā)泡制品，例如微孔發(fā)泡制品和結(jié)構(gòu)發(fā)泡制品、高發(fā)泡材料。
相對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)泡劑在實(shí)際生產(chǎn)中泡孔尺寸較大且泡孔尺寸不均勻，發(fā)泡劑的用量和釋放的控制難以掌握。新的超臨界流體發(fā)泡技術(shù)以很高的成核速率，能在材料中形成泡孔尺寸均勻、分布均勻的微孔產(chǎn)品 ，不但具有經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保等方面的優(yōu)勢(shì)，而且適合于加工幾乎所有的熱塑性樹(shù)脂和產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域，例如食品藥品包裝領(lǐng)域。由于能更經(jīng)濟(jì)便捷地制備微孔發(fā)泡制品，可進(jìn)一步拓展發(fā)泡材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
發(fā)泡成型方式包括注塑成型、擠出成型、吹塑成型等。
微發(fā)泡注塑成型技術(shù)突破了傳統(tǒng)注塑的諸多局限，在保證制品性能不降低的基礎(chǔ)上，可顯著降低制件重量和成型周期，減少設(shè)備的鎖模力。由于這些優(yōu)勢(shì)，微孔發(fā)泡注塑成型工藝越來(lái)越多的應(yīng)用于汽車(chē)零部件制造。
注射成型是微孔塑料制品的主要成型方法之一。塑料原料加入注塑機(jī)的料筒后，在螺桿剪切力及加熱圈外加熱作用下塑化，發(fā)泡劑直接注入注射螺桿熔融段末與熔體均勻混合，然后高壓高速注入模腔。
在模腔內(nèi)突然降壓，使熔體中大量的過(guò)飽和氣體離析出來(lái)，發(fā)泡、膨脹、成型、定型形成微孔塑料制品。另外，也可以采用改變溫度的方法形成泡核，與改變壓力法相比，比較容易控制，但對(duì)于氣體溶解度對(duì)溫度不敏感的塑料不適用。
開(kāi)發(fā)微孔塑料注塑技術(shù)難度比較大，因?yàn)楹统Ｒ?guī)泡沫塑料相比，泡孔的尺寸要小得多，要想得到良好的微孔塑料制品，必須要保證對(duì)進(jìn)入機(jī)筒熔體中的超臨界流體精確計(jì)量，要求塑料熔體必須充分混合、均化、分散，形成均相混合體，保證熔體中的成核點(diǎn)必須多于109個(gè)/cm3、及時(shí)控制成核氣泡的膨脹等等。這對(duì)設(shè)備本身及注塑工藝參數(shù)的要求都非常之高。
采用該技術(shù)的特點(diǎn)是：
制品重量約減少50%；
注射壓力約降低30~50%；
鎖模力降低20%；
循環(huán)周期減少10~15%；
采用一套帶計(jì)量控制裝置的氣體輸入設(shè)備。
微孔發(fā)泡注塑成型工藝過(guò)程可分為三個(gè)階段：
熔融混合：在恒定壓力下，透過(guò)螺桿將超臨界流體（N2或CO2）和塑料混煉成均勻的單相流體。
氣泡核形成：通過(guò)開(kāi)關(guān)式射嘴將單相流體射進(jìn)溫度和壓力較低的模具型腔，使混合溶膠產(chǎn)生巨大的壓力降，從而使其內(nèi)部析出形成大量的氣泡核。
微孔形成：這些氣泡核逐漸長(zhǎng)大成微小的孔洞。如上圖制品界面剖圖所示，可以明顯看到表層還是未發(fā)泡的實(shí)體層，這是由于模具溫度太低，表面的樹(shù)脂冷卻過(guò)于迅速，因此微孔只在制品的內(nèi)部形成。
以下視頻將為大家更加形象地介紹微孔發(fā)泡注塑成型工藝：
微孔發(fā)泡注塑成型-熔融混合過(guò)程：
微孔發(fā)泡注塑成型-注塑過(guò)程：
微孔發(fā)泡注塑成型工藝特點(diǎn)有哪些？微孔發(fā)泡注塑成型和其他發(fā)泡成型工藝有什么區(qū)別？
與其它發(fā)泡工藝技術(shù)相比，微孔發(fā)泡注塑工藝有其自身優(yōu)勢(shì)和局限性，接下來(lái)小編就和大家詳細(xì)分析一下。
微孔發(fā)泡注塑與結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑相比：
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微孔
發(fā)泡注塑 |
優(yōu)點(diǎn) |
1、對(duì)于大多數(shù)材料（包括常用的工程塑料）而言，其用料的減少和注塑循環(huán)時(shí)間的降低更加顯著；
2、能夠同時(shí)成型具有薄壁和厚壁的結(jié)構(gòu)，制品設(shè)計(jì)更靈活。 |
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缺點(diǎn) |
對(duì)于厚壁（>6mm）產(chǎn)品，制造上沒(méi)有太多優(yōu)勢(shì)。 |
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結(jié)構(gòu)
發(fā)泡注塑 |
優(yōu)點(diǎn) |
對(duì)于成型較大的厚壁產(chǎn)品，最常見(jiàn)的是采用特殊的低壓注塑加工高密度聚乙烯（HDPE），其制品的重量減輕可以達(dá)到10%或更多。 |
微孔發(fā)泡注塑與氣體輔助注塑相比：
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微孔
發(fā)泡注塑 |
優(yōu)點(diǎn) |
制品重量降低更多，以更短循環(huán)時(shí)間成型，且制品翹曲較少，同時(shí)能夠消除收縮痕。 |
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缺點(diǎn) |
對(duì)厚壁制品成型沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，制品表面質(zhì)量無(wú)法達(dá)到非常完善。 |
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氣體
輔助注塑 |
優(yōu)點(diǎn) |
可以成型表面質(zhì)量非常高的制品，通過(guò)對(duì)模具和制品進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，在厚壁制品的內(nèi)部設(shè)計(jì)空腔實(shí)現(xiàn)氣體輔助注塑。 |
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缺點(diǎn) |
通常只用于消除制品的收縮痕。 |
微發(fā)泡注塑與化學(xué)發(fā)泡成型相比：
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微孔
發(fā)泡注塑 |
優(yōu)點(diǎn) |
制造過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生不需要的副產(chǎn)物。 |
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缺點(diǎn) |
對(duì)透明性強(qiáng)和表面質(zhì)量高的制品，采用微孔發(fā)泡需更加慎重。 |
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化學(xué)
發(fā)泡成型 |
優(yōu)點(diǎn) |
通常用于厚壁制品成型、消除收縮痕，同時(shí)可降低制品密度。 |
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缺點(diǎn) |
1、薄壁制品使用化學(xué)發(fā)泡使表面質(zhì)量下降并降低力學(xué)性能；
2、發(fā)泡劑生產(chǎn)批號(hào)的不同致使生產(chǎn)工藝需隨時(shí)調(diào)整；
3、由于其熱穩(wěn)定性不佳，所以很難用于加工高溫型樹(shù)脂；
4、化學(xué)發(fā)泡劑通常殘留于樹(shù)脂中，帶有副產(chǎn)品或未分解的化學(xué)發(fā)泡劑使制品的耐老化性降低。 |
微孔發(fā)泡注塑成型發(fā)展前景有哪些？
使用微孔發(fā)泡注塑成型工藝，將加快產(chǎn)品制造過(guò)程中的充模和冷卻速度，同時(shí)省去保壓過(guò)程，有效縮短制件成型周期，提高生產(chǎn)效率。對(duì)于透明性強(qiáng)和表面質(zhì)量要求非常高的制品，可以將微孔發(fā)泡注塑成型工藝與表面噴涂、IMD（模內(nèi)注塑裝飾技術(shù)）等技術(shù)結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品輕量化、美觀化。
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