CN105252696B - 一种聚合物超临界微发泡注塑成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚合物超临界微发泡注塑成型方法，包括储料过程、注射过程、保压过程、冷却过程，其中储料阶段又分为储料初始阶段、储料中间阶段和储料最后阶段。在储料初始阶段关闭注气阀门不进行注气，使初始段熔体不含有超临界气体；在储料中间阶段以较大的注气压力注入超临界气体；在储料最后阶段，关闭气阀停止注气。所述储料中间阶段的注气延时T_A与注气时间T_B之和小于储料所需时间T₁。本发明提供的分段注气微发泡注塑方法，明显改善与提高了物理发泡注塑产品的表面质量，没有增加额外的装置与设备，简单、实用。该方法不同于目前微发泡产品表面质量改善的主流方法，为微发泡注塑成型工艺提供了新的研究思路。

Description

一种聚合物超临界微发泡注塑成型方法

技术领域

本发明涉及塑料加工领域，具体涉及一种聚合物超临界微发泡注塑成型方法。

背景技术

近年来随着能源特别是石油的短缺，塑料原料价格不断上升，因此在保证产品性能的前提下如何减少塑料原料用量是目前研究的一个热点。微发泡注塑成型技术就是在这个背景下所开发和研究的一项新技术。微发泡注塑工艺及其制品有很多优点：微发泡注塑工艺能减小熔融物料黏度、降低加工温度、减小加工周期和保压压力，微发泡注塑制品能够消除制品缩痕，减小制品重量、收缩和尺寸变化。由于采用微发泡注塑成型的塑料制品有诸多的优点，因此该技术被广泛地应用在家用电器、航空航天、汽车等领域中。

然而，微发泡注塑成型的聚合物制品也存在一些表面质量问题，制约着该技术的工业应用。这些表面问题包括漩涡状流痕(Swirl marks)、银纹(Silver streak)、表面起泡、吹破和表面粗糙度比较大等。当制品外观要求较高时，微发泡注塑成型技术的应用就受到限制。因此，如何提高微发泡注塑成型制品的表面质量成为一个亟待解决的关键问题。

目前，对微发泡注塑成型工艺研究的一个关键点是成型产品表面质量控制。国内外学者们提出了不同的方法来解决微发泡注塑产品表面质量问题，主要工艺方法有型腔背压技术(Gas Counter Pressure，GCP)、模具快速热循环技术(Rapid Heat Cycle Molding，RHCM)、模具表面增加绝热膜技术(Film Insulation)、双料注塑微发泡工艺(Dolphin工艺)等。同时也有学者提出并发展了气体保压技术(Gas Counter Pressure)，将RHCM技术与微发泡注塑技术相结合，制备高光亮制品；在模具表面贴一层热绝缘薄膜(FilmInsulation)，制备低表面粗糙度的制品。

尽管这些方法在一定程度上能解决微发泡注塑产品的表面质量问题，但往往工艺复杂、成本较高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种聚合物超临界微发泡注塑成型方法，该方法突破了现有的解决微发泡注塑成型产品表面质量问题的常规工艺，能够显著改善与提高微发泡注塑成型产品的表面质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种聚合物超临界微发泡注塑成型方法，包括储料过程、注射过程、保压过程、冷却过程，所述储料过程分段注入超临界气体。

所述分段注入超临界气体包括储料初始阶段不注气，储料中间阶段以一定的注气压力注入超临界气体，储料最后阶段停止注气。

所述储料中间阶段的注气延时T_A与注气时间T_B之和小于储料所需时间T₁。

所述储料过程注塑料的塑化量大于制品注塑饱满所需的塑化量。

所述储料过程在注塑机螺杆中进行，所述超临界气体为氮气。

所述储料过程背压18-22Mpa，储料压力62-68MPa，塑化速度80g/s，塑化长度50-55mm，注气压力为160MPa，储料时间T₁为10-12s，注气延时T_A为2-3.2s，注气时间T_B为1s。

所述注射过程注射压力为58-62MPa，注射速度为28-32g/s。

所述冷却过程冷却时间T₄为30-40s，油温38-45℃，模具温度30-40℃。

本发明的技术方案与现有技术相比，主要有以下有益效果：1.本发明通过对超临界微发泡注塑工艺中气体的控制，实现了物理发泡注塑产品表面质量的明显改善与提高，没有增加额外的装置与设备，简单、实用；2.本发明在超临界微发泡注塑工艺中采用分段注气的方法，可以使物理发泡注塑产品的表面质量稳定、可靠，产品芯部的气泡成核相对稳定；3.本发明提出提供的分段注气方法不同于目前微发泡产品表面质量改善的主流方法，为微发泡注塑成型工艺提供了新的研究思路。

附图说明

图1为实施例一采用本发明超临界微发泡注塑成型方法制备的哑铃型样件示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员充分理解本发明，下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步说明。

本发明的聚合物超临界微发泡注塑成型方法的注塑过程分为储料、注射、保压、冷却四个阶段，其中储料阶段又分为储料初始阶段、储料中间阶段和储料最后阶段。本发明通过在储料阶段分段注入超临界气体的方法来改善与提高微发泡注塑成型产品的表面质量。在储料初始阶段，关闭注气阀门不进行注气，使初始段熔体不含有超临界气体；在储料中间阶段以较大的注气压力注入超临界气体；在储料最后阶段，关闭气阀，停止注气。

储料初始阶段不进行注气，主要目的是使当前注塑产品初始段螺杆中的熔体不含有超临界气体发泡剂。根据注射成型过程熔体的流动规律，初始段熔体形成注射流动前沿，最终形成注塑产品表面。控制初始段熔体不含有超临界气体，因而不会因为压力降而产生气体形核和长大的现象，从而注塑产品表皮就不会出现气纹等现象，可极大地提高注塑产品的表面质量。

储料中间阶段进行注气，主要原因是根据注塑成型规律注射中间部分的熔体主要形成产品的芯部。通过控制储料(聚合物的塑化)过程，使得此段熔体含有大量的超临界气体，从而注塑产品的芯部有超临界物理发泡层，实现了产品的轻量化，减少了注塑材料的使用量，节约成本，同时提高产品的力学性能。

储料最后阶段不进行注气，主要原因是聚合物塑化最后阶段的料主要用于下个注塑产品注射开始段的熔体，主要用于注塑产品的表皮部分的，因此不能含有超临界气体。

在整个储料阶段，聚合物在注塑机螺杆中进行塑化，储料所需时间为T₁，注塑料的塑化量略大于样件注塑饱满所需要的塑化量。储料中间阶段进行注气时，主要是通过注气延时T_A、注气时间T_B、注气压力P等参数进行控制。注气时必须满足注气延时T_A与注气时间T_B的总和小于储料时间T₁，并且注气时间T_B最好远小于储料时间T₁，即T_A+T_B<T₁，T_B<<T₁。

分段注气微发泡注塑工艺各段时间控制，需根据注塑产品具体参数决定：注塑产品表面积越大，则储料初始阶段不注气时间应越长，注塑中间阶段的气门关闭时间应以能够使熔体填充满整个型腔为准。

实施例1

实现本发明聚合物超临界微发泡注塑成型方法所采用的设备包括注塑机、微发泡注塑控制台、高压气体压缩机，注塑机为HDX50型塑料注塑机，微发泡注塑控制台为中拓气辅，高压气体压缩机型号为GRL-200/350。使用的聚合物为POLYPROPYLENES(PP)系列，牌号为HD601CF，制造商为Borealis Europe(北欧化工)，发泡注入的超临界气体为氮气(N2)。

整个注塑过程分为储料、注射、保压、冷却四个阶段，通过对聚合物储料(塑化)过程中注入超临界气体的控制，实现对注射过程中注射熔体中所含气体的控制，进而实现冷却、固化后注塑产品表面质量的控制。

本实施例中成型的哑铃型样件的结构与尺寸为：试样总长L＝180mm,夹具间的距离H＝120mm，中间平行部分长度C＝80mm，端部的厚度W＝40mm，中间平行部分宽度b＝20mm，样件厚度5mm。

储料阶段的工艺参数如下：储料时间T₁为10-12s，背压18-22MPa，储料压力62-68MPa，塑化速度80g/s，塑化长度50-55mm。若采用超临界微发泡不分段注气工艺注塑成型本实施例中的样件，使其达到饱满需要的塑化长度一般为45mm左右，即分段注气时储料阶段注塑料的塑化量需要略大于样件注塑饱满所需要的塑化量。储料初始阶段不进行注气，储料中间阶段以160MPa的注气压力P注入超临界氮气，注气延时T_A为2-3.2s，注气时间T_B为1s，满足T_A+T_B<T₁，T_B<<T₁的前提。储料最后阶段，关闭气阀停止注气。

注射阶段注射压力58-62MPa，注射速度28-32g/s，注射时间T₂为2-5s。注射完成后进行保压，保压时间T₃为2s左右。保压完成之后进行冷却，冷却时间T₄为30-40s，油温38-45℃，模具温度30-40℃。

Claims (3)

1.一种聚合物超临界微发泡注塑成型方法，包括储料过程、注射过程、保压过程、冷却过程，其特征在于：所述储料过程分段注入超临界气体，具体为储料初始阶段不注气，储料中间阶段以160MPa的注气压力注入超临界气体氮气，储料最后阶段停止注气，储料过程在注塑机螺杆中进行，注塑料的塑化量需大于制品注塑饱满所需的塑化量，储料过程的背压为18-22Mpa，储料压力62-68MPa，塑化速度80g/s，塑化长度50-55mm，储料时间T₁为10-12s，注气延时T_A为2-3.2s，注气时间T_B为1s。

2.根据权利要求1所述的一种聚合物超临界微发泡注塑成型方法，其特征在于：所述注射过程的注射压力为58-62MPa，注射速度为28-32g/s。

3.根据权利要求1所述的一种聚合物超临界微发泡注塑成型方法，其特征在于：所述冷却过程的冷却时间T₄为30-40s，油温38-45℃，模具温度30-40℃。