CN101733907B - 微发泡塑料件射出成形系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种微发泡塑料件射出成形系统，于模具进行合模的后，持续对模穴施加一第一负压，再以注塑机注入注塑液，并于塑料液中注入高压气体以形成微小气泡。接着停止第一负压，对模穴施加一正压脉冲。第一负压加速注塑液填充于模穴，并消除微小气泡于发泡塑料件表面形成气痕。正压抑制注塑液中的微小气泡过度成长，同时减缓注塑液流量，避免注塑机注入过量注塑液，而维持发泡塑料件重量轻的特性。

Description

微发泡塑料件射出成形系统及其方法

【技术领域】

本发明与发泡塑料件的成形有关，特别是关于一种改善发泡塑料件外观且加速成形的微发泡塑料件射出成形系统及方法。

【背景技术】

请参阅图1所示为现有技术的微发泡塑料件射出成形系统的剖面示意图。制作发泡成形的塑料件，于注塑液注入模具1模穴的过程中，以发泡气体源2将高压空气注入注塑机3中，使高压空气被混入注塑液形成微小气泡。于注塑液完成固化之后，微小气泡便会于塑料件中形成微小气孔。微小气孔可减轻塑料件的重量。同时，气孔的存在改变整体膨胀数，注塑液冷却为塑料件的过程中，收缩现象变得比较不明显。因此，发泡塑料件尺寸缩水或是因材料冷却收缩而造成的翘曲也会变得比较不明显。

具有微小气泡的注塑液进入模穴的后，接触模穴表面的注塑液的温度迅速降低，使得位于模穴表面的气泡无法继续移动。因此这些位于模穴表面的微小气泡于塑料件表面形成气痕，这些气痕随着注塑液流动方向成放射状分布。气痕致使发泡塑料件的外观不平整，因此发泡塑料件必须在进行上漆等表面加工，否则发泡塑料件就只能作为内构件，无法作为外观件。

此外，被注入注塑液内部的高压气体，会由注塑液的自由表面脱离，而进入模穴的中。随着注塑液流动逐渐填充于模穴，这些气体会被注塑液密封于模穴的末端结构，而无法自气孔或是公母模之间的细缝离开模穴，此一现象称为困气4。困气4造成注塑液无法确实填充模穴，同时，注塑液接触困气4的部分，由于无法确实接触模穴表面进行降温，因此会出现温度过高而烧焦的现象。因此，发泡塑料件除了因困气4造成表面结构不完整之外，在这些结构缺陷的处也会有烧焦的现象。为了消除困气现象，必须以注塑机注入超过预定量的注塑液，迫使注塑料流入困气4中以消除困气4。但是过量的注塑液致使模穴内部缺乏足够空间供微小气泡膨胀(注塑液相对于微小气泡为不可压缩流)，影响发泡效果而无法达成减轻重量的功效。

因此，如何改善发泡塑料的成形过程，以避免困气造成发泡塑料件的缺陷或是注入过量注塑液造成的问题，成为重要的技术课题。

【发明内容】

鉴于上述问题，本发明目的在于提出一种微发泡塑料件射出成形系统及其方法，可避免困气现象发生、改善发泡塑料件表面状态、及注入过量注塑液的问题发生。

为了达成上述目的，本发明提出一种微发泡塑料件射出成形系统，包含模具、控温装置、注塑机、发泡气体源、及模穴压力控制装置。模具具有一公模及一母模，互相合模形成一模穴，用以供注塑液被注入其中。控温装置用以加热模具至工作温度，或冷却模具至一开模温度。注塑机用以注入注塑液于模穴中，发泡气体源连接于该注塑机，且发泡气体源注入高压气体至注塑液中，使高压气体于注塑液中形成微小气泡，微小气泡随着注塑液的流动而分布于注塑液中，且于高温状态下膨胀以增加其直径。模穴压力控制装置连接于该模穴，模穴压力控制装置用以于注塑机注入注塑液于该模穴之前，持续对模穴产生一第一负压，以消除困气现象及发泡塑料件表面的气痕，改善发泡塑料件的外观。且模穴压力控制装置于注塑液被注入模穴过程中停止第一负压，并对该模穴产生一正压脉冲，停止第一负压时已注塑量是全部注塑量的一半，第一负压时间为注塑时间的四分之一至二分之一之间，该模穴压力控制装置于产生该正压脉冲后，对该模穴施加一第二负压，通过抑制注塑液流动，避免注入过量注塑液的问题发生。

本发明还提出一种微发泡塑料件射出成形方法，于模具进行合模之后，持续对模具的模穴施加第一负压，使模穴的压力小于外压力。接着持续注入注塑液至模穴中，并注入高压空气于注塑液中。高压气体于注塑液中形成微小气泡，微小气泡随着注塑液的流动而分布于注塑液中，且于高温状态下膨胀以增加其直径，而第一负压消除困气现象及发泡塑料件表面的气痕，改善发泡塑料件的外观。接着，停止第一负压，并对模穴施加一正压脉冲，停止第一负压时已注塑量是全部注塑量的一半，第一负压时间为注塑时间的四分之一至二分之一之间，通过抑制注塑液流动，避免注入过量注塑液的问题发生。最后持续对该模穴施以一第二负压，抽取该模穴中剩余气体，使模穴中的气体随着注塑液的注入而排出，并于注塑液填满模穴之后停止注入注塑液，并冷却模具。于模具冷却完成之后，即可进行开模取出注塑液固化形成的发泡塑料件。

本发明的功效在于，本发明减少因困气或气痕造成于发泡塑料件外观不平整的现象，使发泡塑料件具备光滑的外观，而可用以作为外观件。同时，本发明抑制气泡过度成长，并避免注塑机注入过量注塑液的问题发生。

【附图说明】

图1为现有技术中，微发泡塑料件射出成形系统的剖面示意图。

图2为本发明实施例的系统方块图。

图3及图4为本发明实施例的剖面示意图，揭示模具开模及合模的状态。

图5为本发明实施例中，注塑过程的时序示意图。

图6为本发明实施例中，第一负压、正压脉冲、第二负压影响注塑液流量、已注塑量的曲线图。

图7及图8为本发明实施例的剖面示意图，揭示注塑液注入模穴的状态。

【具体实施方式】

请参阅图2、图3、及图4所示，其为本发明实施例所揭露的微发泡塑料件射出成形系统，包含一模具10、一合模装置20、一控温装置30、一模穴压力控制装置40、一注塑机50、及一发泡气体源60。

参阅图2、图3、及图4所示，模具10包含一公模11及一母模12，其中公模11及母模12分别具备互相对应的内凹或凸出结构，用以于公模11及母模12互相结合进行合模作业之后，于模具10内部形成一模穴13。模具10还具有若干个通道14，埋设于公模11或母模12之中，各通道14可为头尾互相串连或是平行并列，用以供高温流体或冷却流体通过，以加热或冷却模具10。母模12具有若干个气道，连通模穴13与外界。当公模11及母模12互相合模时，模穴13可进入气密状态，气道用以供气体通过以进入或离开模穴。若干个气道中包含至少一进气道131及一排气道132，进气道131用以供高压气体被注入模穴13中，对模穴13产生正压(模穴13中压力大于外界压力)。排气道132用以供抽气，对模穴13产生负压(模穴13中压力小于外界压力)。

此外，公模11具有一浇注道111，连通公模11的外侧面及模穴13。注塑机50连接于浇注道111，用以将注塑液(高温融熔的液态塑料)通过浇注道111注入模穴13中。发泡气体源60连接于注塑机50，用以于注塑机50推送注塑液进入模穴13时，以喷嘴注入高压气体至注塑液中，使高压气体于注塑液中形成微小气泡。微小气泡随着注塑液的流动而分布于注塑液中，且于高温状态下膨胀以增加其直径。注塑液冷却固化为发泡塑料件后，微小气泡所在位置即形成多孔隙结构。

参阅图3及图4所示，合模装置20用以线性致动模具10的部分或是全部元件，对模具10进行开模或是合模。合模装置20可为油压装置、连杆致动装置、或导螺杆总成，于本实施例中，合模装置20为油压装置，包含一支架21及若干个油压缸22，其中支架21及油压缸22设置于一基座24，且油压缸22的驱动杆23穿过支架21而连接模具10。其中，模具10的母模12可移动地设置，而公模11固定设置于基座24，驱动杆23连接于母模12，用以线性致动母模12移动而靠合于公模11，使模具10进行合模；或是线性致动母模12移动而脱离公模11，使模具10进行开模。

参阅图2、图3、及图4所示，控温装置30包含加热主机31、冷却主机32、及排液主机33，加热主机31用以加热模具10至一工作温度，以维持注塑原料的流动性，并提升发泡效率，使发泡塑料件的孔隙大小及孔隙率到达预定值。冷却主机32用以冷却模具10，加速模具10的温度冷却至一开模温度，缩短注塑完成至开模之间的等待时间。

于本实施例中，加热主机31为一高温流体源，用以提供高温流体，例如一锅炉，加热纯水产生高压高温蒸汽。且加热主机31通过一加热阀门312连接于模具10的通道14，提供高温流体通过各通道14以加热模具10至工作温度。冷却主机32用以提供冷却流体，例如连接水槽的冷凝器，提供低温的冷却水。冷却主机32通过一冷却阀门322连接于模具10的通道14，提供冷却流体通过各通道14，以冷却模具10至开模温度。残存于通道14的高温流体，影响冷却流体的冷却效果。反之，残存于通道14冷却流体，也影响高温流体的加热效果。排液主机33通过一排液阀门332连接于通道，用以提供高压且干燥的气体通过各通道14，以排出通道14内部残存的冷却液体或高温流体。

参阅图2及图3所示，模穴压力控制装置40通过进气道131及排气道132连接于模穴13。模穴压力控制装置40经由进气道131供应压缩气体至模穴13中，对模穴13内部产生正压；或是经由排气道132抽取模穴13内部的气体，对模穴使模穴13内部产生负压。模穴压力控制装置40包含高压气体源41及抽气主机42，高压气体源41为高压气瓶或高压泵浦，用以产生高压气体，抽气主机42为真空泵浦，用以产生负压抽取模穴13的气体。高压气体源41通过正压气阀412连接于进气道131，以连接模穴13；且抽气主机42通过负压气阀422连接于排气道132，以连接模穴13。其中，正压气阀412及负压气阀422可被切换为开启或关闭，切换高压气体源41及抽气主机42是否连接模穴13。

本发明实施例的运作流程如下所述。

参阅图5及图6所示，并结合图2及图3。于开始发泡射出成形作业时，或前一次发泡射出成形作业完成之后，模具10呈开模状态，开模装置20驱动母模12脱离公模11，使模穴13表面外露，前一次射出成形作业完成的发泡塑料件亦可被取出。于此同时，控温装置30的加热主机31开始提供高温流体，通入通道14的中以开始加热模具10，如图1所示。加热模具10的方法不限定于高温流体通入通道14，加热模具10的方法包含感应加热、电热棒加热、或直火加热。当模穴13表面的温度到达工作温度时，加热主机21停止供应高温流体，使控温装置30停止加热模具10加热。决定模穴13表面是否到达工作温度，可以通过热电偶等温度感应器的监测，取得模穴3表面的温度。或是，依据实验结果决定加热时间，于加热时间到达时视同模穴13表面的温度已到达工作温度。模穴13表面的温度到达工作温度之后，合模装置20驱动母模12靠合于公模11，完成合模作业，如图3所示。

参阅图5及图6所示，并参阅图3，合模作业完成后，模穴压力控制装置40的抽气主机42启动，且对应的负压气阀422开启，使抽气主机42持续对模穴13产生第一负压，通过使模穴13的压力小于外界压力。

参阅图5、图6、及图7所示，注塑机50对模具10注入注塑液，进行快速注塑。参阅图6所示，第一负压使注塑液加速进入模穴13中，因此此时具有相对较高的注塑液流量。同时，发泡气体源60也对注塑机50注入高压空气，使微小气泡混入注塑液中。此时，由于模穴压力控制装置40持续对模穴13施以一第一负压，因此加速气泡成长至预定孔径。由于第一负压持续抽取模穴13中空部位(尚未填充注塑液的区域)的气体，因此加速注塑液进入模穴13中。同时，由于模穴13中的气体持续被抽走，避免细微结构处出现困气现象导致填充不完全的现象发生。此外，由于模具10被加热的工作温度后才进行注塑，因此注塑液仍维持良好流动性，使位于模穴13表面处的气泡可以持续移动至注塑液前缘，避免注塑液冷却固化后于发泡塑料件表面形成气痕。

参阅图5、图6、及图7所示，于开始快速注塑经历第一负压时间之后，停止施加第一负压。此一时间通常为注塑作业完成一半时，已注塑量大约是全部注塑量的一半。此时注塑液已经填充模穴13大部分空间，但是尚未堵塞进气道131及排气道132。以注塑液完全填满模穴13的注塑时间需要1-2秒为例，第一负压时间约为注塑时间的四分之一至二分之一之间，约为0.5秒左右。停止第一负压的方式主要是要切断抽气主机42与模穴13的连通，因此只需要关闭对应排气道132的负压气阀422，就可以切断第一负压。抽气主机42可同时停止作业，也可于持续运转。由于后续需要再度对模穴13施予负压，因此抽气主机42以持续运转为最佳。

参阅图5、图6、及图7所示，于第一负压时间结束之后，开启正压气阀412，使高压气体源41连通模穴13，对模穴13中的中空部位产生一正压脉冲，注入特定量的高压气体。正压脉冲致使注塑液瞬间受压，因而抑制微小气泡继续成长，将气泡固定于特定直径大小，同时避免新的气泡持续产生，固定发泡塑料件成品中的孔隙率。此时，由于正压的作用下，注塑液流量会下降，使的已注塑量增加的速率减缓(如图6所示)，避免注塑机注入超过预定量的注塑液。高压气体源41提供正压脉冲之后，正压气阀412立刻关闭，高压气体随注塑液的持续注入，由气道其中的一或是公模11及母模12之间的缝隙慢慢离开模穴13。

参阅图5、图6、及图7所示，于提供脉冲正压之后，可再度开启负压气阀422，持续对模穴13施以一第二负压。第二负压抽取模穴13中剩余气体，加速注塑液流量，以快速增压已注塑量，加速注塑液填充于模穴13剩余空间，并维持良好的填充效果。但亦可不施加第二负压，使模穴13内部气体自然排出，如前段所述。

参阅图5、图6、及图8所示，于完成注塑，亦即注塑液已经完全填充于模穴13之后，停止注塑机50的注塑动作，同时关闭负压气阀422以停止第二负压。以控温装置30的排液主机33提供高压空气通入通道14中，以排除残存的高温流体。接着以冷却流体源31提供冷却流体，通入通道14中以冷却模具10，加速模具10的温度降温至开模温度。模具10到达开模温度之后，合模装置20驱动母模12脱离公模11，使模穴13表面外露。于此同时，先以排液主机33提供高压空气通入通道14中，以排除残存的冷却流体。接着，以高温流体源10开始提供高温流体，通入通道14之中，开始加热模具10，以预备下一次射出成形作业。

本发明于发泡成形过程中，持续于模穴13产生第一负压，加速注塑速度。同时通过模具10的预热，维持注塑液的流动，辅以第一负压的产生，可以有效避免发泡塑料件表面出现气痕，使发泡塑料件具备光滑的外观，因此，通过本发明制作的发泡塑料件可直接用以作为外观件。同时，第一负压也抽取模穴13中的困气，避免困气现象出现而影响发泡塑料件的完整性。注塑过程中以正压脉冲瞬间施压，抑制气泡过度成长。同时，正压脉冲暂时减缓注塑液流量，可适度调整注塑量，避免注塑机注入过量注塑液。第二负压可以再度加速注塑液流动，以进一步缩短注塑所需要的时间。

Claims (18)

1.一种微发泡塑料件射出成形方法，其特征在于，其包含下列步骤：

提供一模具，使该模具进行合模；

持续对该模具的一模穴施加第一负压，使该模穴的压力小于外界压力；

持续注入注塑液至该模穴中，并注入高压空气于该注塑液中，使高压气体于注塑液中形成微小气泡，微小气泡随着注塑液的流动而分布于注塑液中，且于高温状态下膨胀以增加其直径；

停止该第一负压，对该模穴施加一正压脉冲，停止第一负压时已注塑量是全部注塑量的一半，第一负压时间为注塑时间的四分之一至二分之一之间；

持续对该模穴施以一第二负压，抽取该模穴中剩余气体，使该模穴中的气体排出；

停止注入注塑液，并冷却该模具；

使该模具进行开模以取出注塑液固化形成的发泡塑料件。

2.如权利要求1所述的微发泡塑料件射出成形方法，其特征在于，其中还包含一步骤，于该模具合模前加热该模具至一工作温度。

3.如权利要求2所述的微发泡塑料件射出成形方法，其特征在于，其中加热该模具的步骤包含：

提供高温流体通入该模具的通道中。

4.如权利要求3所述的微发泡塑料件射出成形方法，其特征在于，其中于提供高温流体之前还包含一步骤：

提供高压气体至该模具的通道中以排除残存的流体。

5.如权利要求1所述的微发泡塑料件射出成形方法，其特征在于，其中冷却该模具的步骤包含：

提供冷却流体通入该模具的通道中。

6.如权利要求5所述的微发泡塑料件射出成形方法，其特征在于，其中于提供冷却流体之前还包含一步骤：

提供高压气体至该模具的通道中以排除残存的流体。

7.一种微发泡塑料件射出成形系统，其特征在于，其包含：

一模具，具有一公模及一母模，互相合模形成一模穴，用以供注塑液被注入其中；

一控温装置，用以加热该模具至一工作温度，或冷却该模具至一开模温度；

一注塑机，用以注入注塑液于该模穴中；

一发泡气体源，连接于该注塑机，用以注入高压气体至该注塑液中，使高压气体于该注塑液中形成微小气泡，微小气泡随着注塑液的流动而分布于注塑液中，且于高温状态下膨胀以增加其直径；

一模穴压力控制装置，连接于该模穴，用以于该注塑机注入注塑液于该模穴之前，持续对该模穴产生一第一负压，并于注塑液被注入该模穴过程中停止该第一负压并对该模穴产生一正压脉冲，停止第一负压时已注塑量是全部注塑量的一半，第一负压时间为注塑时间的四分之一至二分之一之间，该模穴压力控制装置于产生该正压脉冲后，对该模穴施加一第二负压。

8.如权利要求7所述的微发泡塑料件射出成形系统，其特征在于，其中该公模具有一浇注道，连通该公模的外侧面及该模穴，且该注塑机连接于该浇注道。

9.如权利要求7所述的微发泡塑料件射出成形系统，其特征在于，该控温装置包含：

一加热主机，用以加热该模具至该工作温度；

一冷却主机，用以冷却该模具至该开模温度。

10.如权利要求9所述的微发泡塑料件射出成形系统，其特征在于，其中

该模具具有若干个通道，埋设于该公模及该母模至少其中之一，用以供流体通过；

该加热主机为一高温流体源，用以提供高温流体通过各该通道，以加热该模具；

该冷却主机用以提供冷却流体通过各该通道，以冷却该模具。

11.如权利要求10所述的微发泡塑料件射出成形系统，其特征在于，其中还包含一排液主机，用以提供高压且干燥的气体通过各该通道，以排出各该通道内部残存的冷却液体或高温流体。

12.如权利要求7所述的微发泡塑料件射出成形系统，其特征在于，其中还包含一合模装置，用以致动该公模及该母模互相合模或是开模。

13.如权利要求12所述的微发泡塑料件射出成形系统，其特征在于，其中该公模为固定设置，且该母模被该合模装置移动。

14.如权利要求7所述的微发泡塑料件射出成形系统，其特征在于，其中该模穴压力控制装置包含：

一高压气体源，用以提供该正压脉冲；

一抽气主机，用以提供该第一负压。

15.如权利要求14所述的微发泡塑料件射出成形系统，其特征在于，其中该模具具有一进气道，连接于该高压气体源，及一排气道，连接于该抽气主机。

16.如权利要求15所述的微发泡塑料件射出成形系统，其特征在于，其中该高压气体源通过一正压气阀连接于该进气道，该正压气阀用以被切换为开启或关闭，以切换该高压气体源是否连接该模穴。

17.如权利要求15所述的微发泡塑料件射出成形系统，其特征在于，其中该抽气主机通过一负压气阀连接于该排气道，且该负压气阀可被切换为开启或关闭，以切换该抽气主机是否该连接模穴。

18.如权利要求14所述的微发泡塑料件射出成形系统，其特征在于，其中该抽气主机于该高压气体源提供该正压脉冲后，对该模穴施加一第二负压。

Images