CN105835292A - 一种发泡倍率高、表面无泡痕的微孔发泡注塑工艺 - Google Patents

一种发泡倍率高、表面无泡痕的微孔发泡注塑工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发泡倍率高、表面无泡痕的微孔发泡注塑工艺，包括：聚合物熔体和发泡剂混合、预制坯成形、预制坯转移、加热发泡，冷却后获得最终产品。其中，预制坯和最终产品是在两个不同体积的模具空腔内成形。采用高的型腔压力、高的注射压力和高保压压力，防止预制坯成型过程中发泡。冷却后的预制坯在最终产品成形型腔固定后，合模并加热模具，使预制坯内部发泡。预制坯的高压注射工艺可避免产品表面产生银纹、螺旋纹、泡坑等缺陷，预制坯和最终产品的体积差又为气泡形核长大提供了空间。该工艺可用于生产表面质量好、内部泡孔致密的微孔发泡注塑制件。

Description

一种发泡倍率高、表面无泡痕的微孔发泡注塑工艺
技术领域
本发明涉及一种微孔发泡注塑工艺，用于生产内部发泡倍率高、表面无泡痕的注塑制件。
背景技术
微孔发泡塑料定义为泡孔尺寸为1～10μm，泡孔密度为109～1010个/cm3、具有闭孔结构的聚合物材料。该材料主要设计思想在于：当塑料中泡孔的尺寸小于材料内部的裂纹时，泡孔的存在将使材料原来存在的裂纹尖端钝化，有利于阻止裂纹在应力作用下的扩展，从而使材料的力学性能得到提高。微孔发泡注射成型技术问世30余年以来，虽然在汽车、家电、航空航天、生物医药等领域得到广泛关注，但是该项技术仍存在一个技术难题，即难以同时实现产品内部的高发泡倍率和表面无泡痕。
特瑞塞尔公司在1999年11月4日申请的授权公开的中国专利“包括注塑成形的微孔低密度聚合物材料的模塑聚合物材料”(CN200510068953.2)中提供了一种用于制备微孔泡沫材料和微孔制品的注塑成型系统和方法。通过调试成型工艺，该方法可以获得较为细密的内部泡孔结构，但产品表面会存在明显的银纹、泡坑、螺旋纹等质量缺陷。这是由于该工艺过程在模具型腔中存在动态发泡和静态发泡两种发泡过程，其中，静态发泡是理想的发泡模式，而动态发泡将导致气泡畸变、破裂，形成表面缺陷。由于这两个发泡过程是连续进行的，甚至动态发泡过程夹杂着静态发泡过程，在通过辅助技术影响动态发泡时，难免也会影响到静态发泡过程。因此，实现上述两个发泡过程的独立控制是有效控制微发泡产品表面质量和内部泡孔结构的关键。
生物聚合物网络有限公司于2008年在中国公开了一种名为“聚乳酸泡沫体的制造方法”(公开号：CN 200880009491.9)的专利技术。该方法首先在一定压力和温度环境中用二氧化碳浸泡聚乳酸珠粒，然后调节温度使珠粒预膨胀，将预膨胀后的珠粒引入到模具中并通过施加高于预膨胀的温度使所述珠粒进一步膨胀并熔合。该方法虽然将产品成形过程分为两步，提高了生产效率，但在珠粒间存在溶解面，影响了产品的力学性能。
David E.Thomas等人在2004年在美国公开了一种名为“Microcellular Foaming”(公开号：US 6723761B1)的专利技术。该方法首先将聚合物板放在高压流体环境中，称为饱含发泡剂的聚合物，降低压力使得该聚合物板达到过饱和状态，然后加热聚合物板接近玻璃态发泡，最后降温冷却。该方法是一种间歇式制备聚合物发泡板的方法，可以避免聚合物板表面不必要的泡痕，保证内部充分发泡，但该技术与公开号为CN 200880009491.9的专利技术一样，均通过扩散法将发泡剂混入聚合物中，这是一种耗时的工艺步骤，生产效率较低。
塑料技术公司在2005年公开了一种名为“具有发泡器壁的容器”(公开号：CN200580005092.1)的专利技术。该技术通过注塑成形获得含非活性气体的聚合物预成型体，冷却该预成型体至该聚合物软化温度以下的温度，再加热该预成型体至比该聚合物软化温度更高的预设温度，吹塑该再加热预成型体，以制备基本由微孔发泡聚合物组成的容器。该方法将也将产品的成形过程分为两部分，通过螺杆搅拌加速发泡剂进入聚合物体系，但该技术仅适用于吹塑成形的中空容器类塑料件。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题，提出一种发泡倍率高、表面无泡痕的微孔发泡注塑工艺方法。该方法将注塑模具的充填分为两个阶段，第一阶段通过高压注射成型表面无泡痕的预制坯，第二阶段加热预制坯获得内部泡孔致密的最终产品。该工艺不仅消除了因聚合物熔体流动过程发泡导致的产品表面缺陷，而且预制坯与最终产品的体积差为产品内部发泡提供了膨胀空间。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明提供的微孔发泡注塑工艺过程，包括如下具体步骤：
步骤(1)，注射前准备。微孔发泡注塑机将发泡剂均匀混入聚合物熔体中，并保持高压环境，防止提前发泡；预制坯型腔闭合密封后，充入高压气体，压力范围为2～20MPa。
步骤(2)，预制坯成形。向内含高压气体的预制坯型腔内注入聚合物熔体和发泡剂的混合体系，保压冷却后，开模取出预制坯；
进一步的，注入时采用较高的注射压力，并且进行适当的保压时间和较高的保压压力，以保证预制坯在整个成型过程中不发泡；为缩短预制坯成形周期，可采用模具快速冷却技术，加速预制坯制件的冷却。
步骤(3)，预制坯转移。将预制坯转移至最终产品成形型腔中，将预制坯固定在最终产品成形型腔中合适位置；
进一步的，所述的预制坯利用预制坯筋柱结构和不等厚预制坯上的厚壁部位在最终成形型腔中定位与安放。
步骤(4)，最终产品成形型腔闭合后，加热模具，型腔温度范围为60～150℃。预制坯软化后开始发泡，并且通过体积膨胀填充最终产品成形型腔。
步骤(5)，待最终产品成形型腔充满后，开始冷却模具至室温，最后开模取件，获得最终产品。
上述工艺步骤中，预制坯型腔与最终产品成形型腔制件的体积差、注气量的搭配直接决定内部发泡形貌和产品尺寸精度；模具温度直接影响产品表面光泽度和发泡窗口；预制坯型腔内需要保持高压状态，避免动态发泡。
上述工艺步骤中，最终产品的成形型腔壁面温度要保证熔体进入高弹态发泡，高温保持时间要保证型腔充分填充。
上述工艺步骤中，预制坯成形过程中可以采用热流道技术，避免将预制坯额外的形状修整过程。
上述工艺步骤中，所述的发泡剂为物理发泡剂或化学发泡剂。
上述工艺步骤中，所述的预制坯体积为最终产品体积的40～99％。
上述工艺步骤中，所述的预制坯型腔在注入聚合物熔体和发泡剂的混合体系前内部气压要达到2～20MPa。
上述工艺步骤中，所述的预制坯型腔和最终产品成形型腔内气体包含但不限于N2气体。
上述工艺步骤中，所述的最终产品成形模具壁面温度要达到60～200℃。
上述工艺步骤中，所述的预制坯成形型腔和最终产品成形型腔在一套模具中或在两套模具中。
本发明的有益效果：相比间歇式发泡工艺，该工艺采用螺杆搅拌加速超临界流体在聚合物熔体中的溶解，效率更高；相比珠粒发泡工艺，该工艺采用预制坯代替含发泡剂的塑料颗粒，避免颗粒粘结造成的力学性能下降；相比呼吸模发泡工艺，避免了模板退让造成的泡孔变形或泡孔破裂；该工艺防止了聚合物熔体流动过程中发泡，为静态发泡创造了空间，发泡倍率和表面质量优于传统微孔发泡注塑工艺。
附图说明
图1为本发明提供的微孔发泡注塑工艺流程示意图。
图中，I、开模；II、合模加压；III、注射；IV、保压冷却；V、开模取件；VI、修整；VII、预制坯固定；VIII、合模加热；IX、发泡；X、冷却；XI、开模取件；A、预制坯模具；B、最终产品成形模具；1、喷嘴；2、高压气体；3、预制坯；4、最终产品。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明公开的微孔发泡注塑工艺过程包括：注射前准备、预制坯成形、预制坯转移、加热发泡，冷却后获得最终产品。其中，预制坯和最终产品是在两个不同体积的模具空腔内成形，本实施例中采用两套模具分别成形预制坯和最终产品，但是具体的工艺过程如下，包括如下具体步骤：
步骤(1)，注射前准备，包括开模I和合模加压II。微孔发泡注塑机将发泡剂均匀混入聚合物熔体中，并保持高压环境，防止提前发泡。预制坯型腔闭合密封后，充入高压气体2。
步骤(2)，预制坯成形，包括注射III、保压冷却IV和开模取件V。通过注塑机喷嘴1向预制坯型腔内注入聚合物熔体和发泡剂的混合体系，保压冷却后，开模取出预制坯3。注入时采用较高的注射压力，并且进行适当时间的保压和较高的保压压力，以保证预制坯3在整个成型过程中不发泡。为缩短预制坯成形周期，可采用模具快速冷却技术，加速预制坯制件的冷却。
步骤(3)，预制坯转移，包括修整VI和预制坯固定VII。将修整后的预制坯3转移至最终产品成形型腔中，建议采用机械手进行安放。利用预制坯筋柱结构、不等厚预制坯上的厚壁部位将预制坯固定在最终产品成形型腔中的合适位置。
步骤(4)，加热发泡，包括合模加热VIII和发泡IX。包括最终产品成形型腔闭合后，加热模具，使型腔温度达到60～150℃范围内的某一值。预制坯软化后开始发泡，并且通过体积膨胀填充最终产品成形型腔。
步骤(5)，待最终产品成形型腔充满后，开始冷却X模具至室温，最后开模取件XI，获得最终产品4。
上述工艺步骤中，预制坯形状设计是控制产品成形质量的关键：其总体积决定发泡倍率；筋柱设计便于预制坯在终成形型腔中定位与安放；预制坯采用非等厚设计，避免因混气量不均造成的局部发泡不均。
上述工艺步骤中，优选的，预制坯型腔体积是最终产品成形型腔制件的40％、聚合物熔体混气质量百分比为3％；模具A预制坯型腔内需要保持高压状态4～6MPa，直到注塑预制坯冷却至50℃。
上述工艺步骤中，在步骤(4)中，可向最终产品成形型腔内通入高压气体，当预制坯达到一定温度以后，迅速排净高压气体。最终产品成形型腔内的高压气体，一方面可以提高对流换热效率，加快预制坯温度升高速度，提高生产效率；另一方面可以为预制坯发泡提供压力降，促进预制坯内部气泡的形核，提高产品内部的泡孔密度，减小泡孔尺寸。
上述工艺步骤中，模具B型腔壁面温度值为120℃，高温保持时间20～40s。
上述工艺步骤中，预制坯3的修整过程需要去除模具A的浇道系统成型部分。
上述工艺步骤中，最终产品4的筋柱结构在预制坯3的制备过程中已经基本成形，模具A的筋柱结构比模具B的筋柱结构尺寸略小，可控制在0.05-0.1mm。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种用于生产内部发泡倍率高、表面无泡痕制件的微孔发泡注塑工艺，包含如下步骤：
步骤1微孔发泡注塑机将发泡剂均匀混入聚合物熔体中，并保持高压环境；同时，在预制坯型腔闭合密封后，充入高压气体；
步骤2向预制坯型腔内注入聚合物熔体和发泡剂的混合体系，保压冷却后，开模取出预制坯；
步骤3将预制坯转移至最终产品成形型腔中；将预制坯固定在最终产品成形型腔中合适位置；
步骤4加热模具，使预制坯软化后开始发泡；聚合物熔体发泡膨胀填充最终产品成形型腔；
步骤5待最终产品成形型腔充满后，开始冷却模具至室温，最后开模取件，获得最终产品。
2.如权利要求1所述微孔发泡注塑工艺，其特征在于，步骤2中注入时采用较高的注射压力，并且进行适当时间的保压和较高的保压压力，以保证预制坯在整个成型过程中不发泡为原则。
3.如权利要求1所述微孔发泡注塑工艺，其特征在于，所述的发泡剂为物理发泡剂或化学发泡剂。
4.如权利要求1所述微孔发泡注塑工艺，其特征在于，所述的预制坯体积为最终产品体积的40～99％。
5.如权利要求1所述微孔发泡注塑工艺，其特征在于，所述的预制坯型腔在注入聚合物熔体和发泡剂的混合体系前内部气压要达到2～20MPa。
6.如权利要求1所述微孔发泡注塑工艺，其特征在于，所述的预制坯型腔和最终产品成形型腔内气体包含但不限于N2气体。
7.如权利要求1所述微孔发泡注塑工艺，其特征在于，所述的最终产品成形模具壁面温度要达到60～200℃。
8.如权利要求1所述微孔发泡注塑工艺，其特征在于，所述的预制坯成形型腔和最终产品成形型腔在一套模具中或在两套模具中。
9.如权利要求1所述微孔发泡注塑工艺，其特征在于，所述的预制坯采用非等厚结构。
10.如权利要求1所述微孔发泡注塑工艺，其特征在于，所述的预制坯利用预制坯筋柱结构和不等厚预制坯上的厚壁部位在最终成形型腔中定位与安放。
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