CN102398352B

CN102398352B - 模穴气体反压与温度控制装置

Info

Publication number: CN102398352B
Application number: CN2010102780601A
Authority: CN
Inventors: 陈夏宗; 许评顺; 张仁安; 黄世欣
Original assignee: PRIVATE ZHONGYUAN UNIV
Current assignee: PRIVATE ZHONGYUAN UNIV; Chung Yuan Christian University
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2030-09-10
Also published as: CN102398352A

Abstract

本发明提供了一种模穴气体反压与温度控制装置，其主要由一模具、一程序控制阀、一反压气体供给单元及一高温气体供给单元所组成，模具设有贯通至模穴的射料道与至少一气道；程序控制阀接设于模具的气道，用以控制高温气体及/或高压气体由气道进、出模穴；反压气体供给单元经程序控制阀而供给反压气体至模穴；高温气体供给单元经程序控制阀而供给高温气体至模穴。据此，可以协同控制由高温气体供给单元对模穴表面进加热，且由反压气体供给单元于射出成型时提供反压，以获致较佳表面品质的成品并控制发泡的大小与均匀性。

Description

模穴气体反压与温度控制装置

技术领域

本发明有关于一种塑胶射出成型的技术领域，尤指一种用于超临界流体微细发泡射出成型中协同控制反压气体压力与模温的控制装置。

背景技术

在塑胶产业中以射出成型技术应用范围最为广泛，为因应产品的多元化设计，制品设计必须具有美观、精细短小、轻薄与功能性，而塑胶射出成型技术的因应趋势也更加成熟而多元化，特别是汽车外观组件、电子或家电外观组件等，由于体积较大需轻量化且通常必须具有较好的机械强度与尺寸稳定性，因此气体辅助射出成型与超临界微细发泡射出成型即是在此背景下发展而出的技术。

超临界流体微细发泡射出成型(MuCell Process)是发泡塑胶的一种，此制程是由美国麻省理工学院(MIT)与Trexel公司共同研发出的革新性技术，它是利用惰性气体当发泡剂，像是二氧化碳(CO2)和氮气(N2)，优点是能提高发泡剂的成核速率且获得更细小而均匀的气泡尺寸。由于氮气与二氧化碳是随手可得的大气组成成分，价钱相对低廉，本制程可节省塑胶材料消耗率达30％以上并可扩增产品的应用类型，相较于传统发泡制品也可提升机械性质，因此兼顾低成本与制品品质的优势。

虽然超临界微细发泡射出成型具有众多优点，但其产品表面的气痕与雾点等外观缺陷却是目前尚待突破的限制与瓶颈。为克服这些问题，气体反压法(Gas Counter Pressure Technology，简称GCP)便于1980年后开始被应用于工业用途上。

2000年日本旭化成工业(Asahi Kase Corporation)使用二氧化碳作为反压气体于射出成型中并于2003年申请专利(JPA2004-223879)，其主要是在模穴中注入二氧化碳做为反压气体，以降低射出的熔胶的粘度并对熔胶形成反向压力，反向压力在模穴内预先建立一定值的压力，若高于发泡压力，则可抑制发泡产生；若低于发泡压力，则可利用不同反压压力形成不同尺寸均匀分布的成品，并可改善产品表面品质与收缩翘曲的问题。

气体反压法(GCP)于射出成型制程中的原理为：

(1)成型周期开始，将气体注入模穴中，气体种类为不易与熔胶反应的惰性气体；

(2)熔胶射出至模穴中，同时对流动熔胶施予稳定固定的反向气体压力；

(3)气体于模穴内的出口以压力控制元件调整模穴内气体压力维持固定，直至射出动作结束；

(4)冷却、开模顶出。

此制程在模具内凿通一管路使的可从模具外连结至模穴内，管路所经的处必须有防止漏气的机构设计与止泄元件。

反向压力对于熔胶的流动波前具有保压效果，故逐渐被应用在产品表面品质与收缩翘曲的改善。2004年Ohshima利用CO2、GCP分别使用于PP与LDPE的射出成型中，从产品表面分子量降低发现CO2会微幅溶解于熔胶波前；Andrzej K等人在PC/SCN2微细发泡射出成型中搭配GCP成型拉伸试片，其表面粗糙度由23.11μm降低至0.85μm，产品减重比虽由12.8％降低至10.2％，但气泡分布更为均匀。2006年Michaeli与Cramer在PP的Mucell制程中搭配GCP，以解决微细发泡射出成型制品中常见的外观缺陷。

此外，中国发明专利公开第CN101007437A号“反压法化学发泡高速注塑成型方法”案，即揭露一种反压法化学发泡高速注塑成型方法，其首先把模具紧闭，向模腔内注入气体，然后熔料注入模腔，经内部发泡熔体充满模腔，使熔料表面紧贴模腔金属壁面，模腔内熔料经冷却固化成型，再打开动模、定模，即可获得表面光滑致密、而内部均匀分布泡孔的塑胶制件。其所揭露的技术与前述的JPA2004-223879号专利的技术类似。

为使微细发泡射出成型制品能有更佳的外观与表面品质，本发明人经不断的实验与研究得知，反压气体除了可以改善表面品质之外，也可控制发泡的大小与分布的均匀度，并且模温的控制也有助于改善表面品质。

从而如何利用动态的模温系统与气体反压压力协同控制，来得到较佳的表面品质佳及控制发泡的大小便成为本发明的主要课题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于解决上述的问题而提供一种可获致较佳的表面品质及控制发泡大小与均匀性的模穴气体反压与温度控制装置。

为达前述目的，本发明的模穴气体反压与温度控制装置，主要由一模具、一程序控制阀、一反压气体供给单元及一高温气体供给单元所组成，该模具由两个可被控制开、合的半模组成，该模具具有至少一模穴，且该模具设有贯通至该模穴的一射料道与至少一气道；该程序控制阀接设于该模具的气道，以控制气体由该气道进、出该模穴；该反压气体供给单元连接至该程序控制阀，以供给反压气体经由该气道至该模穴；该高温气体供给单元连接至该程序控制阀，以供给高温气体经由该气道至该模穴。

由于本发明具有反压气体供给单元及高温气体供给单元，因此可以协同控制由该高温气体供给单元对模穴表面进行加热，以改善射出成品的表面品质，再由该反压气体供给单元于超临界流体微细发泡材料射出成型时提供所需的反压，以控制气体压力来改善表面品质并且控制发泡的大小与分布的均匀度，而可获致较佳表面品质及合适的发泡大小的射出成型成品。

于一较佳实施例中，该高温气体供给单元具有一加热器，以加热气体后输出高温气体。

于一较佳实施例中，该反压气体供给单元具有一第一分流阀，该第一分流阀分别连接至该程序控制阀及该高温气体供给单元，而可由该反压气体供给单元供给该反压气体供给单元所需的气体。这样，可直接供给反压气体经加热后直接进行型模穴表面升温与建立反压压力。

于一较佳实施例中，该高温气体供给单元具有一空气压缩机，以供给所需的气体至该加热器。

于一较佳实施例中，该空气压缩机连接至一第二分流阀，而该反压气体供给单元具有一第一分流阀，该第一分流阀分别连接至该程序控制阀及该第二分流阀，而可由该反压气体供给单元供给所需的气体至该高温气体供给单元的加热器。

于一较佳实施例中，该高温气体供给单元具有一空气干燥器。

于一较佳实施例中，该高温气体供给单元具有一流量计。

于一较佳实施例中，该反压气体供给单元具有一反压气体源。

于一较佳实施例中，使用氮气或二氧化碳为反压气体源。

于一较佳实施例中，该反压气体供给单元具有一压缩机，以提高反压气体的压力。

于一较佳实施例中，该反压气体供给单元设有一高压气体PID控制阀。

于一较佳实施例中，该高压气体PID控制阀接设有一气体温度感测器。

于一较佳实施例中，该模具中设有至少一模穴温度感测器。

于一较佳实施例中，该模具中设有至少一模穴压力感测器。

于一较佳实施例中，该模具接设有一模温机。

于一较佳实施例中，该模温机具有至少一模具温度感测器，该模具温度感测器设置于该模具中。

与现有技术相比，本发明所述的模穴气体反压与温度控制装置可获致较佳的表面品质及控制发泡大小与均匀性。

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、申请专利范围及图示，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2a-图2e是本发明的动作流程示意图。

附图标记说明：模具-1；半模11、12；模穴-13；射料道14；气道-15；模穴温度感测器-16；模穴压力感测器-17；程序控制阀-2；反压气体供给单元-3；反压气体源-31；压缩机-32；高压气体PID控制阀-33；第一分流阀-34；气体温度感测器-35；控制单元-36；高温气体供给单元-4；空气压缩机-41；空气干燥器-42；流量计-43；第二分流阀-44；加热器-45；模温机-5；模具温度感测器-51；射料嘴-61。

具体实施方式

配合图式将本发明较佳实施例详细说明如下。

请参考图1，其是本发明的结构示意图。

本发明的模穴气体反压与温度控制装置主要是由一模具1、一程序控制阀2、一反压气体供给单元3及一高温气体供给单元4所组成。

该模具1是由两个可被控制开、合的半模11、12组成，并由该二半模11、12对合形成一模穴13，且该模具1设有贯通至该模穴13的一射料道14与一气道15。

而该射料道14相对于该模穴的一端可由射出成型机的射料嘴61顶接密合或分离；而该气道15向外延伸而与该程序控制阀2连通，以由该程序控制阀2来控制该气道15的启闭。

该两半模11、12分别设有至少一模穴温度感测器16与至少一模穴压力感测器17，以分别侦测该模穴13的温度与压力。

而为了让整个模具1能维持于所需的工作温度，另外接设有一模温机5，该模温机5为现有技术而非本发明的特征故未予详述，另该模温机5具有至少一模具温度感测器51，而该模具温度感测器51设置于该模具1中，以侦测及控制模具1的工作温度。

该反压气体供给单元3具有一反压气体源31，于本实施例中使用氮气或二氧化碳为反压气体源，该反压气体源31经一压缩机32加压后通过一高压气体PID控制阀33，再由一第一分流阀34连通至该程序控制阀2，并于该高压气体PID控制阀33处接设一气体温度感测器35，且使用一控制单元36连接该高压气体PID控制阀33与该气体温度感测器35，以透过该控制单元36与该高压气体PID控制阀33共同控制反压气体源31的输出。

该高温气体供给单元4具有一空气压缩机41，以供给所需的气体，该空气压缩机41依序连接一空气干燥器42、一流量计43，再经一第二分流阀44连接至一加热器45后连接至该程序控制阀2，以供给高温气体经由该气道15至该模穴13。

再者，该高温气体供给单元4的第二分流阀44与该反压气体供给单元3的第一分流阀34连通，而可由该反压气体供给单元3供给反压气体，经该第一分流阀34与该第二分流阀44至该加热器45加热后，再供给高温的反压气体经由该程序控制阀2及该气道15至该模穴13。

再请参阅图2a～图2e，其是本发明的动作流程示意图。以下以其中一种控制方式配合图2a～图2e来说明本发明的动作流程。本发明的模穴气体反压与温度控制装置进行超临界流体发泡成型工作时，事先选定所欲使用材料，并设定超临界流体发泡成型技术的相关参数，而后将该两半模11、12合模，如图2a所示；再由该高温气体供给单元4将加热后的高温气体经该程序控制阀2控制，而由该气道15送至该模穴13，再由该射料道14排出，以由高温气体对模穴13表面进行加热，如图2b所示。

待模穴13表面被加热至所需的温度后，再使射出成型机的射料嘴61顶出而与该射料道14密合，并且由该程序控制阀2控制停上高温气体进入该模穴13，改由该反压气体供给单元3供给反压气体经该气道15至该模穴13，如图2c所示；至该模穴13内的反压气体达到所需的压力后，由该程序控制阀2控制停上供给反压气体，并切换至压力泄放阀的形态。

接下来，由该射出成型机的射料嘴61射出超临界微细发泡材料，在超临界微细发泡材料持续射出的过程中，反压气体会逐渐由该程序控制阀2泄放，如图2d所示；使该模穴13内的压力维持固定的恒压，直至射出动作结束，如图2e所示。

最后，待射出材料冷却后，即可开模将射出成型的成品顶出。

本发明通过高温气体供给单元4以高温气体对模穴13表面作加热，如此可改善射出成品的表面品质，请参阅附件，其是于不同的模穴表面温度下射出的成品的表面品质状况图，附件中分别为模穴温度在60℃、100℃、140℃、180℃及220℃下射出的成品的表面品质状况，比较附件中可知，当模穴表面温度愈高时射出成品的表面品质愈佳，亦即透过对模穴表面温度的控制可以改善射出成品的表面品质。

而控制气体压力也可以改善表面品质并且能控制发泡的大小与分布的均匀度。

本发明通过前述的模穴气体反压与温度控制装置，可以协同控制模穴的温度与气体反压的压力，例如：欲改善射出成型成品的表面品质时，可控制高温气体供给单元4所输出的气体温度，使射出成型的成品具有较佳的表面品质；当欲改善射出成型成品的发泡大小及均匀性时，可控制反压气体供给单元3所输出的反压气体压力，使射出成型成品具有适当的发泡的大小及均匀性；当欲改善射出成型成品的表面品质与发泡大小及均匀性时，可协同控制高温气体供给单元4所输出的气体温度及反压气体供给单元3所输出的反压气体压力，使射出成型成品具有较佳的表面品质与适当的发泡的大小及均匀性；或是控制该反压气体供给单元3输出的反压气体压力并使反压气体经该第一分流阀34与该第二分流阀44至该加热器45加热至所需温度后后，再供给高温的反压气体该模穴13同时进行表面升温与建立反压压力，使射出成型成品具有较佳的表面品质与适当的发泡的大小及均匀性。

以上所述，乃仅记载本发明为呈现解决问题所采用的技术手段的较佳实施方式或实施例而已，并非用来限定本发明专利实施的范围。即凡与本发明专利申请范围文义相符，或依本发明专利范围所做的均等变化与修饰，都为本发明专利范围所涵盖。

Claims

1.一种模穴气体反压与温度控制装置，其特征在于，其包括：

一模具，由两个可被控制开、合的半模组成，该模具具有至少一模穴，且该模具设有贯通至该模穴的一射料道与至少一气道；

一程序控制阀，接设于该模具的气道，以控制气体由该气道进、出该模穴；

一反压气体供给单元，连接至该程序控制阀，以供给反压气体经由该气道至该模穴；及

一高温气体供给单元，连接至该程序控制阀，以供给高温气体经由该气道至该模穴，该高温气体供给单元具有一加热器，以加热气体后输出高温气体，该高温气体供给单元具有一空气压缩机，以供给所需的气体至该加热器，该空气压缩机连接至一第二分流阀，而该反压气体供给单元具有一第一分流阀，该第一分流阀分别连接至该程序控制阀及该第二分流阀，而由该反压气体供给单元供给所需的气体至该高温气体供给单元的加热器。

2.如权利要求1所述的模穴气体反压与温度控制装置，其特征在于，该高温气体供给单元具有一空气干燥器。

3.如权利要求1所述的模穴气体反压与温度控制装置，其特征在于，该高温气体供给单元具有一流量计。

4.如权利要求1所述的模穴气体反压与温度控制装置，其特征在于，该反压气体供给单元具有一反压气体源。

5.如权利要求4所述的模穴气体反压与温度控制装置，其特征在于，使用氮气或二氧化碳为反压气体源。

6.如权利要求4所述的模穴气体反压与温度控制装置，其特征在于，该反压气体供给单元具有一压缩机，以提高反压气体的压力。

7.如权利要求1所述的模穴气体反压与温度控制装置，其特征在于，该反压气体供给单元设有一高压气体PID控制阀。

8.如权利要求7所述的模穴气体反压与温度控制装置，其特征在于，该高压气体PID控制阀接设有一气体温度感测器。

9.如权利要求1所述的模穴气体反压与温度控制装置，其特征在于，该模具中设有至少一模穴温度感测器。

10.如权利要求1所述的模穴气体反压与温度控制装置，其特征在于，该模具中设有至少一模穴压力感测器。

11.如权利要求1所述的模穴气体反压与温度控制装置，其特征在于，该模具接设有一模温机。

12.如权利要求11所述的模穴气体反压与温度控制装置，其特征在于，该模温机具有至少一模具温度感测器，该模具温度感测器设置于该模具中。