CN102672921B

CN102672921B - 热塑性树脂中空制品的成型方法

Info

Publication number: CN102672921B
Application number: CN201210010667.0A
Authority: CN
Inventors: 唐庆华
Original assignee: BEIJING CHN-TOP MACHINERY Co Ltd
Current assignee: CHANGCHUN ZHONGTUO MOULDING TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-01-16
Also published as: CN102672921A

Abstract

本发明涉及热塑性树脂中空制品的注射成型方法，尤其是涉及采用水作为辅助介质的注射热塑性树脂中空管制品的成型方法。本发明提供了一种利用压力气体和水两种介质有机结合的一种热塑性树脂中空管制品的成型方法。即向包含有水针机构和气针机构的模具的型腔中开始填充熔融热塑性性树脂的时刻Tmi到填充完预定量熔融热树脂树脂时刻Twi之间的一个预定时刻Tgi，向模具型腔中注入压力气体，之后瞬间注入熔融树脂体中按预先设定的流速注入预定量的水，水推动未凝固的树脂完全填充模具型腔的空间。本发明的优点是，在短射条件下制品材料密实度和产品性能均匀均匀，制品表面无料花、皱褶、塌陷、裂纹等缺陷，并实现了内部流体通道的一致性。

Description

热塑性树脂中空制品的成型方法

技术领域

本发明涉及热塑性树脂中空制品的注射成型方法，尤其是涉及采用水作为辅助介质的注射热塑性树脂中空管制品的成型方法。

技术背景

在注塑成型领域中，采用高压氮气介质的气辅注塑成型技术已经广泛地用于制造有较厚截面的中空制品。然而采用气辅成型工艺生产有厚截面制品时，特别在生产中空管类制品时依然存在冷却时间长、中空部位内壁有发泡现象造成不光滑、通径不一致等局限性。由于这些局限性，限制了气辅注塑成型技术在中空管这类的制品上的使用。然而已公开的一些采用水作为辅助成型介质注塑成型方法，基本上延用气辅注塑成型工艺的解决方案，即通过控制注入到待成型制品中部的水压来成型注塑成型制品。如中国专利文献在2006年8月16日公开了一种名称为“水辅助注射成型设备”（专利号：ZL200610034014.0）的发明专利，该技术揭示了一种水辅注塑成型设备，采用储能器以及相关阀路来控制输出水的压力的方法来实现工艺过程；由于在制品中水的压力是熔胶所产生的阻力形成的，而熔胶的阻力是随流动前方的形状和压头变化的，因此很难在填充过程中形成较稳定的水压，加上树脂熔体具有一定的压缩性的特点，采用这种压力控制方法很难获得具有均匀通径的产品，而且制品沿填充方向的密度分布也存在不一致的缺陷。再另，美国专利文献US6769894，揭示了一种采用转速变化马达驱动的泵和/或行程体积可变化的泵的方案，例如伺服马达来实现；该专利揭示的方法，提供了一种控制体积流速的选项。虽然这一选项容易在制品中获得基本均匀通径的中空部位。然而所揭示的这种装置及方法，在进行短射工艺时，虽然可以获得具有基本均匀通径的中空部位，然而同样由于在填充过程中压力不稳定，且无法建立起足够的压力，造成制品自熔融热塑性树脂开始流入部分制品的密实度高，而最后充填部位密实度低，影响到了制品性能的一致性；因而这种方法需要结合气辅工艺的溢料井工艺并通过螺杆保压来减少制品密实度的不一致性，但用这种方法生产中空管时，由于中空部分的体积很大，这样会造成大量的溢料排出，增加了制品的制造成本。

发明内容

本发明目的是根据上述现有技术的不足之处，提供了一种利用压力气体和水两种介质有机结合的一种热塑性树脂中空管制品的成型方法，避免了在短射条件下制品材料密实度不均匀的风险，并实现了内部流体通道的一致性。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

本发明所述的热塑性树脂中空管制品的成型方法，包括以下步骤：

1）向包含有水针机构和气针机构的模具的模具型腔中开始填充熔融热塑性树脂的时刻Tmi到填充完预定量熔融热塑性树脂时刻Twi之间的一个预定时刻Tgi，向模具型腔中注入压力气体，使未被熔融热塑性树脂填充的模具型腔部分建立一个预定的第一压力P1，P1在8 - 150巴之间；

2）自向模具型腔中填充完预定量的熔融热塑性树脂时刻Twi之后，立即或延时不超过4秒向模具型腔中的熔融树脂体中按预先设定的流速注入预定量的水，水推动未凝固的树脂完全填充模具型腔的空间，在此过程中，保持模具型腔中压力气体的第一压力P1，直至气针机构6的输出端刺破熔融热塑性树脂流峰与树脂体中的水接触；

3）关闭水针机构，通过气针机构向模具型腔中的树脂体中注入压力气体建立第二压力P2并对树脂体保压预定时间，P2在100 - 300 巴之间；

4）打开水针机构，通过气针机构向模具型腔的树脂体中注入压力为第三压力P3的压力气体，将树脂体中的水吹出，P3在2 - 8巴之间；

5）停止向气针机构供应压力气体，并关闭水针机构；

6）将水针机构和气针机构6退出模具型腔，开模取出中空树脂体。

其中，在步骤2）中所述的向模具型腔中注入的预定量熔融热塑性树脂的体积小于模具型腔的容积，进一步的限制是注入到模具型腔中的熔融热塑性树脂体积在模具型腔容积的50%-95%之间；其中，在步骤2）中所述的在向模具型腔中注入的压力气体的第一压力P1在20 - 60巴之间；其中，在步骤2）中所述的在向模具型腔中的熔融树脂体中按预先设定为1~1000毫升/秒之间的一个流速；其中，在步骤2）中所述的在向模具型腔中的熔融树脂体中按预先设定的流速注入预定量的水的温度为4~90℃.。

本发明的优点是，在短射条件下制品材料密实度和产品性能均匀均匀，制品表面无料花、皱褶、塌陷、裂纹等缺陷，并实现了内部流体通道的一致性。

附图说明

图1：本发明所使用的模具示意图；

图2本发明中填充预定量的熔融热塑性树脂及建立第一压力P1状态示意图；

图3本发明中向熔融树脂体中按预定流速注入水，及树脂填充过程中的状态示意图；

图4本发明中用第二压力气体保压及第三压力气体将水吹出过程示意图；

图5本发明中将开模前状态示意图；

图6本发明中通过后续加工将工艺余料10a切除，完成整个管的成型过程示意图；

图7本发明中一种压力气体曲线示意图；

图8本发明中另一种压力气体曲线示意图；

图9本发明中一种水流曲线示意图。

具体实施方案

如图1-9示意，图中的标号分别表示：1 - 模具、1a - 动模、1b - 定模、2 - 密封材料（圈）、3 - 抽芯机构、4 - 模具型腔、5 - 水针机构、5a - 水针机构输出端、51 - 第一截止阀、52 - 第二截止阀、6 - 气针机构、6a - 气针机构输出端、61 - 气针机构输入口、7 - 浇口、7a - 浇道系统、8 - 压力气体、9 - 水、10 - 树脂体、10a - 工艺余料、11 - 喷嘴、12 - 中空制品、100 - 压力水流供应和流速控制系统、200 - 压力气体供应和压力控制系统；

Tmi - 向模具型腔中开始注入熔融热塑性树脂时刻、Tgi - 向模具型腔中开始注入压力气体时刻、Twi - 向模具型腔中注入预定量熔融热塑性树脂完成时刻、Twe - 停止注水时刻、Tpi - 保压开始时刻、Tbi - 吹气除水开始时刻、Tes - 脱模顶出开始时刻。

实施例1

如图6所示的本发明工艺制作中空制品12，是一个汽车发动机舱内的冷却水管，所用树脂材料为尼龙66+30%玻纤增强（PA66+30%GF），树脂密度为1.35g/cm³，其中，该冷却水管设计为一种三通结构，主管道为三维取向的管道，外径为20mm，内径为15 mm；而三通部分为单方向的管道，外径为16mm，内径为12mm。如图1 - 图5所示，本发明所使用的成型模具1主要由动模1a、定模1b、密封材料2、抽芯机构3、水针机构5、气针机构6组成；模具1完全闭合后，如图2所示，形成模具型腔4；此时，水针机构5输出端5a和气针机构6输出端6a在模具型腔4中，形成冷却水管12三通分支管的抽芯机构3的芯杆部分同时已处在模具型腔4中，密封材料2将模具型腔4、水针机构5输出端5a和气针机构6输出端6a、抽芯机构3的芯杆部分包围进一个封闭空间；浇口7在封闭空间中，设置在水针机构5的输出端5a附近；为节省原材料，浇口7为针阀式热嘴，并通过浇道系统7a与注塑机的注射喷嘴11连接。相对于最终成型的冷却水管（中空制品12），模具型腔4包括了在安装水针机构5和气针机构6设置了引导段，即成型图6中所示的被切除的工艺余料10a部分，以获得具有均匀通径主管道的最终制品，而单向三通分支管由抽芯机构3成型。在水针机构5的输入口，设置第一截止阀51和第二截止阀52；水针机构5通过第一截止阀51与压力水流供应和流速控制系统100的输出口连接，通过第二截止阀52与压力水流供应和流速控制系统100的回收口相连接；第一截止阀51和第二截止阀52均为受控截止阀，分别在指令下打开或关闭；气针机构6输入口61通过压力管道直接与压力气体供应和压力控制系统200的输出端联接；所述的压力气体供应和压力控制系统200可以采用2004年3月3日授权的CN1140395C《气体辅助注塑设备》的系统实现；而压力水流供应和流速控制系统100是可以按照流体特别是水的流速控制原理采用伺服控制方法自行制造的一套流速控制装置，目标是可实现1~1000毫升/秒水之间水流速的精确控制，这为同行业技术人员所容易理解。

进一步的成型方法说明如下：

1）向包含有水针机构5和气针机构6的模具的模具型腔4中开始填充熔融热塑性树脂的时刻Tmi到填充完预定量熔融热塑性树脂时刻Twi之间的一个预定时刻Tgi，向模具型腔4中注入压力气体，使未被熔融热塑性树脂填充的模具型腔部分建立一个预定的第一压力P1，即图7和图8中所示的Tmi，之后的预定时间即Tgi，开始通过气针机构6向模具型腔4中注入压力气体8，使熔融树脂体10之前的模具型腔4中建立起第一压力P1；在熔融树脂体10填充模具型腔4的过程中，该第一压力P1作用在树脂体流峰，一方面使树脂体流与模具型腔4的表面进密接触和改善树脂材料的密实度，一方面防止树脂体流峰崩塌导致表面和内部缺陷。

2）自向模具型腔4中填充完预定量的熔融热塑性树脂时刻Twi之后，立即或延时不超过4秒向模具型腔4中的熔融树脂体中按预先设定的在1~1000毫升/秒之间的一个流速，注入预定量的水，水推动未凝固的树脂完全填充模具型腔4的空间，在此过程中，保持模具型腔4中压力气体的第一压力P1，直至气针机构6的输出端刺破熔融热塑性树脂流峰与树脂体中的水接触；

3）关闭水针机构5，通过气针机构6向模具型腔4中的树脂体中注入压力气体建立第二压力P2并对树脂体保压预定时间；

4）打开水针机构5，通过气针机构6向模具型腔4的树脂体中注入压力为第三压力P3的压力气体，将树脂体中的水吹出；

5）停止向气针机构6供应压力气体，并关闭水针机构5；

6）将水针机构5和气针机构6退出模具型腔4，开模取出中空树脂体。

将取出的中空树脂体用机器或工具进行后续加工将工艺余料10a切除，获得中空制品，即冷却水管。

在本实施例中，本发明人根据上述方案，根据热塑性树脂（PA66+30GF）的物性，将动模1a和定模1b的温度设定和控制在95℃，水的温度为85℃，参照图7的压力气体压力曲线，将第二压力P2设为150 巴，第三压力P3设为6巴，然后针对第一压力P1、注水延时时间、注水流速进行了多项试验。试验结果如表一所示，其中在用水辅助成型的主管上的任意选取的A、B、C三处，如图6所示，截断测量中空部分的直径，并测量管壁的密度。

表1 试验结果

从表一中看到，第一压力P1对提高制品的密度、改善制品密度的分布、制品内径均匀性都有正面影响；当第一压力P1小于8巴时，参见#1和#2试验对比，对提高树脂体10的密实度和均匀性没有作用，而且，不能抑制在熔融树脂体10中的水流9前端的汽化，而这种水蒸汽在熔融树脂中会产生穿透效应，造成主管道的通径不均；当第一压力P1超过100巴时，特别是超过150巴时，参见#7、#8、#9试验结果，不但加大了熔融树脂的填充阻力，而且对树脂体10的密实度改善和内径的均匀性改善的作用越来越小；基于同一理由，优选的第一压力P1范围为20 - 60巴之间，并在预定量熔融树脂注射完之前和向熔融树脂体10中注入压力水之前建立；从#3、#4、#5、#6、#7、#11、#12的试验结果可以看到，注水延时时间对形成管的壁厚有重要影响，随着注水延时时间的加长，管的壁厚会增加；而从#9、#10、#11的试验结果可以看到，注水流速的改变对管内径的均匀性亦有影响；但只有通过第一压力P1、注水延时时间有机组合，才可形成密实度均匀、管径均匀的制品；与此同时，在#1 - #12的试验制品来看，制品外表面都没有料花、皱褶、塌陷、裂纹等缺陷。在本实施例中，本发明人也对每次的熔融树脂注射量进行调整，但注入的熔融树脂体积均小于模具型腔的容积；由于模具型腔的容积是固定的，随着期望的制品壁厚增加，对每次的熔融树脂的注射量也会相应增加，从#1试验中注射的熔融树脂体积占模具型腔容积的大约55%增加到#12试验中注射的熔融树脂体积占模具型腔容积的大约70%，都获得外形完整的制品；而随着制品结构的改变，或产品壁厚的增加，注射的熔融热塑性树脂体积可以在模具型腔容积的50% - 95%之间进行调整，以形成制品的结构；而在本实施例中，对每次的注水总量亦进行控制；虽然随着期望的制品的壁厚不同，每次注射的总水量会变化，但当注射熔融树脂体积、第一压力P1、注水延时时间等参数确定后，注水总量不但可以作为制品质量的稳定性闭环控制的参数，而且可以作为调整水流速的一个参数；如附图9示例，在压力水流供应和流速控制系统100中设定注水总量和水流速，然后对注水开始Twi到注水完成Twe之间的水量进行积分计算实际的注水总量来控制制品质量和调整水流速参数。对于本实施例中的制品，通过调试，130毫升作为批量生产的注水总量设置；如附图3和图6所示，模具1中设置的引导段（成型工艺余料10a）帮助水流到达冷却水管产品部分时建立起与制品通径充分相近的水柱直径；在采用水作为介质辅助成型时，水既是形成中空部分的不可压缩介质，又是冷却制品的介质；虽然可以使用低至4℃的水作为介质加速冷却，但需要针对不同的产品和材料种类进行调整；对于本实施例所用的PA66+30GF材料，由于熔点高（大约260℃），过低的水温会导致材料快速凝固，很难形成均匀的中空管，经过调整，采用85 - 90℃之间的水作为介质；在实施过程中，当气针机构6的输出端6a与树脂体中水接触后，即在Tpi时间点，与水针机构6连接的第一截止阀51关闭，而压力气体供应和压力控制系统200开始建立第二压力P2对树脂体进行保压预定时间，该第二压力P2根据材料和产品要求设定在100 - 300巴之间；在本实施例中，将第二压力P2设定为150巴，保压时间设为5秒；之后压力气体供应和压力控制系统200向树脂体10的中空部分注入压力为第三压力P3的压缩气体，该第三压力P3在2-8巴之间，并打开与水针机构5连接的第二截止阀52，将树脂体10中空部分的水吹出，或返回到压力水流供应和流速控制系统100中；然后停止注气，将与水针机构5连接的第二截止阀52关闭；将抽芯机构3、水针机构5和气针机构6退出制品，开模并将成型的树脂体10取出，用机器或工具切除工艺余料10a，获得中空制品12，即冷却水管。

实施例2

与实施例1不同的是，压力气体的第一压力P1设定为40巴，用于保压的第二压力P2设为100巴，并在向模具型腔中注入预定量熔融热塑性树脂完成时刻Twi延时3秒注水，注水流速设定为35ml/sec., 并开始对第一压力P1进一步进行编程控制，如图9所示，使第一压力P1逐渐升高到用于保压的第二压力P2。按这种方法制造实施例1的冷却水管，外观表面无料花、皱褶、塌陷、裂纹等缺陷；对A、B、C三个取样点进行取样检测，中空直径和管壁材料的密度如下：

A处：中空部分直径为15.20 mm，制品材料密度为1.366 g/cm³

B处：中空部分直径为15.15 mm，制品材料密度为1.365 g/cm³

C处：中空部分直径为15.16 mm，制品材料密度为1.366 g/cm³

按照实施例2的方法，所获得的中空制品（冷却水管）的通径均匀性和密度一致性完全满足发动机舱内冷却水管的设计要求。

虽然以上已经参照附图对按照本发明目的的构思作了详尽说明，但本领域技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，而这种改进和变换仍然应当属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种热塑性树脂中空制品的成型方法，其特征是，包括以下步骤

2）自向模具型腔中填充完预定量的熔融热塑性树脂时刻Twi之后，立即或延时不超过4秒向模具型腔中的熔融树脂体中按预先设定的流速注入预定量的水，水推动未凝固的树脂完全填充模具型腔的空间，在此过程中，保持模具型腔中压力气体的第一压力P1，直至气针机构的输出端刺破熔融热塑性树脂流峰与树脂体中的水接触；

5）停止向气针机构供应压力气体，并关闭水针机构；

6）将水针机构和气针机构退出模具型腔，开模取出中空树脂体。

2.根据权利要求1所述的热塑性树脂中空制品的成型方法，其特征是，其中，在步骤2）中所述的向模具型腔中注入的预定量熔融热塑性树脂的体积小于模具型腔的容积。

3.根据权利要求2所述的热塑性树脂中空制品的成型方法，其特征是，其中，在步骤2）中所述的向模具型腔中注入的熔融热塑性树脂体积在模具型腔的容积的50% - 70%之间进行调整。

4.根据权利要求1所述的热塑性树脂中空制品的成型方法，其特征是，其中，在步骤2）中所述的在向模具型腔中注入的压力气体的第一压力P1在20 - 60巴之间。

5.根据权利要求1所述的热塑性树脂中空制品的成型方法，其特征是，其中，在步骤2）中所述的在向模具型腔中的熔融树脂体中按预先设定的流速注入预定量的水，其中所述的流速为1~1000毫升/秒之间。

6.根据权利要求1所述的热塑性树脂中空制品的成型方法，其特征是，其中，在步骤2）中所述的在向模具型腔中的熔融树脂体中按预先设定的流速注入预定量的水的温度为4~90℃。