CN109849257B - 一种提升注塑发泡成型塑件表面质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提升注塑发泡成型塑件表面质量的方法，其包括如下步骤：a、在开始注塑前，对模具型腔进行加热，使型腔内达到一定的加热温度；b、紧接步骤a，闭合模具型腔，并向模具型腔内快速注入发泡熔融塑料原料；c、紧接步骤b，在模具型腔即将填充完毕时，开启模具中设置的抽真空机构，将模具中的气体排出，发泡熔融塑料填充模具型腔，经冷却定型后，最终获得塑件。该方法可显著提升塑件产品的表面质量，能够获得表面高光泽、无流痕等缺陷以及内部气孔分布均匀的塑件产品。

Description

一种提升注塑发泡成型塑件表面质量的方法

技术领域

本发明涉及一种基于高速注塑的注塑模具生产发泡成型塑件的方法，尤其涉及一种提升发泡成型塑件表面质量的方法。

背景技术

在化学发泡、物理发泡注塑过程中，随压力减小和温度降低，反应产生的气体或溶解在熔融塑料里的超临界气体逐渐成核和长大。但靠近制件表面的气泡当长大到一定程度时，必然发生破裂，并在制件表面形成凹坑，从而影响制件冷却后的表面质量。为了改进发泡注塑中的制件表面质量，人们引入反压控制方法，抑制塑件表面附近气泡的长大和破裂，在注塑过程中，在模具型腔中通入压缩气体并保持模具型腔内的压力在0.5～15MPa，使熔融塑料在一定的(反压)力作用下填充型腔。料流前锋处的气泡核始终受到外界的压力作用，气泡长大受到限制，从而抑制制件表面气泡的破裂。在喷泉效应的影响下，无泡痕的材料被推向产品的表面，随制件表面层的冷却硬化，进一步阻止了表面气泡的破裂，从而得到表面质量和芯部发泡效果良好的最终塑件产品。但单纯使用上述反压技术生产的塑件产品表面仍然不能实现高光泽效果。

本发明弥补了授权号为CN201210137219.7发明专利的不足，原专利需要在模具闭合后，向模具封闭的型腔内通入一定量的压缩气体，在建立起一定的气体压力后，停止通入气体，并开始注入熔融的含有发泡剂的塑料。但此方法存在如下不足：1)建立起所需的气体压力，预计需要4秒左右的时间，降低了生产节拍；2)所需通入的气源气体一般为增压后的压缩空气或氮气，制作气源气体会花费一定成本。例如，以每套模具生产30万件产品来计算，其成本损失不可忽视。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决现有技术中使用反压注塑模具生产发泡成型塑件的方法存在的技术缺陷，提供一种提升发泡成型塑件表面质量的方法。

具体地，本发明是通过如下所述的技术方案实现的：

本发明提供了一种提升注塑发泡成型塑件表面质量的方法，所述方法包括如下步骤：

a在开始注塑前，对模具型腔进行加热，使型腔内达到一定的加热温度；

b紧接步骤a，模具型腔闭合后，向模具型腔快速注入发泡熔融塑料原料；

c紧接步骤b，在模具型腔即将填充完毕时，开启模具中设置的抽真空机构(抽真空系统)，辅助将模具中的气体排出，辅助发泡熔融塑料填充模具型腔，经冷却定型后，最终获得塑件。

在注塑过程中，比如可采用注塑蓄能器辅助注塑机进行注塑，可使注塑速度得以大幅度提升，高速注塑的注塑速度可达到传统注塑速度的2倍，发泡的熔融塑料原料快速填充模具型腔时，使型腔中原有的气体来不及排出，气体体积被压缩，型腔内气体压力快速上升。

本发明利用上述因注塑行为而产生的型腔内的气体压力而非外加高压或通入高压气体来抑制塑件表面附近气泡的长大和破裂；同时利用模具型腔表面较高的温度，并结合原料内部气体膨胀力的作用，使发泡痕迹在接触型腔表面后，受益于型腔表面的温度高于熔融塑料的冷却冻结温度，泡痕两侧的熔融塑料将泡痕重新覆盖，起到进一步消除发泡痕迹的有效作用，进而提升塑料制件表面质量的效果。

上述步骤a中，加热使用加热媒介，加热媒介包括蒸汽；加热过程借助于注塑模具原有冷却系统所使用的对型腔进行热交换的管路；上述加热温度为80～130℃。

但在步骤a及仅接步骤a后，注塑模具浇口的位置(即熔融塑料填充的起始区域)，由于此时高速注塑填充刚刚开始，模具型腔中原来残留的气体被压缩的比例很小，压力上升也很小，不足以阻止发泡熔融塑料内部泡孔的长大直至破裂，致使产品表面在这个小区域容易产生轻微的发泡痕迹。本发明利用模具型腔表面较高的温度，结合原料内部气体膨胀力的作用，使轻微的发泡痕迹在接触型腔表面后，在较高型腔表面的温度下(其温度高于熔融塑料的冷却冻结温度)，泡痕两侧的熔融塑料将泡痕重新覆盖，起到了进一步消除发泡痕迹和提升塑料制件表面质量的效果。

上述步骤c中，利用注塑模具中的抽真空机构(其包括特别设置的排气管路和使用抽气装置)对模具型腔进行抽真空。所述抽真空机构可使产品边缘因密封(特别适用于二次开模发泡工艺)需要而设置的减薄区域得到充分填充，进而也可明显提升型腔的整体填充效率。

上述步骤b和c的操作过程之间，还可包括潜在的扩展。即在步骤b结束后，在产品背面和模具型芯之间引入高压气体，此扩展一方面可以将产品紧紧地压实在注塑模具型腔上，以达到更好地复制型腔表面的效果；另一方面，由于高压气体均匀作用在产品表面上，且气体压力大于泡孔长大的力量，从而起到均匀控制产品发泡效果的作用。

在本发明的方法中，本发明虽然需要对磨具进行密封处理，但是在注塑前不能吸走型腔中的空气，而且在高速注塑的帮助下，需要对该存留的空气进行压缩。在空气体积被压缩的过程中，气体压力随之提升，从而利用这个压力来抑制熔融塑料内部气泡核的长大趋势，直至产品填充满型腔，从而取得表面质量较好的产品。所以，对于本发明而言，步骤a、b、c的顺序是特定的(当然，b与c的步骤间还可以有比如引入高压气体的扩展)，更换各步骤的顺序会背离本发明的设计构思，无法实现本发明的工艺目的。

本发明与现有技术相比，具有以下有益技术效果：

1、与CN20121013721.9的技术方案相比取消了反压(进气)系统，增加了抽真空系统进行排气，优点是：

1)工艺更加简洁，缩短了生产周期；

2)模具复杂程度下降，成本降低；

3)产品边缘设置的减薄区域得到填充；总体需要排除的气量少，发泡层厚，制件整体发泡效果明显优于原方法；

4)使用了特别设置的排气管路，管路排布更加灵活，排气效率高。

2、本发明在开始注塑之前，先将模具型腔加热到一个较高的温度，然后通过快速注塑配合模具密封，使模具型腔内积累起一定的气体压力；注塑过程中含有气体的熔融塑料原料在模具内气体压力的作用下开始填充型腔，由于气体压力的存在，塑料制件表面附近气泡的长大和破裂被有效抑制，此时尽管模具型腔开始冷却，但温度仍未开始实际下降，在这种较高的型腔温度和原料内部气体膨胀力的双重作用下，可使轻微的发泡痕迹在接触型腔表面后，在模具型腔表面温度(高于熔融塑料的冷却冻结温度)的作用下，泡痕两侧的熔融塑料将泡痕重新覆盖，进一步消除了内部发泡对制件表面质量的影响；在注塑结束阶段，启动抽真空系统，气体被快速排出，模具温度也迅速降低到一个较低温度，使制件表面迅速冷却，当制件表面冷却后形成的硬化层足以抵抗内部发泡力后，开模并取出塑件。经过初步验证，本发明可显著提升塑件产品的表面质量，能够获得表面高光泽、无流痕等缺陷以及内部气孔分布均匀的塑件产品。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1为本发明注塑模具的简要示意图。

图2为本发明实施例1制备得到的塑件产品表面(左图)与实施例2制备的塑件产品表面(右图)的对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

一种提升发泡成型塑件表面质量的方法，包括如下步骤：

在开始注塑前，对模具型腔进行加热，使型腔内达到一定的加热温度；加热可使用加热媒介，加热媒介可包括蒸汽或电加热等方法；在加热过程借助于注塑模具原有冷却系统所使用的对模具型腔进行热交换的管路；上述加热温度可为80～130℃。上述加热管路与模具原有冷却系统可使用同一组管路，使塑件冷却更为有效，该热交换管路包括在模具型腔表面均匀布置的透孔，在模具加热阶段，在透孔内通入蒸汽等加热媒介，迅速提升型腔温度，在冷却阶段，关闭蒸汽，在该透孔中通入冷却水，迅速降低模具温度；上述加热和冷却使用同一组管路，使排布管路的位置更多，设计也更加灵活，加热和冷却效率也更高。

当上述型腔达到一定加热温度时，紧接着采取注塑蓄能器辅助注塑机进行注塑，使得注塑速度得以大幅度提升。在对注塑模具进行密封或部分密封的情况下，发泡的熔融塑料原料快速填充模具型腔时，型腔中原有的气体来不及排出，气体体积被压缩，气体压力快速上升，从而可在模具型腔内产生一定的气体压力。

在该注塑过程中，利用上述模具型腔内因快速注塑产生的气体压力来抑制料流前端附近气泡的长大和破裂，进而在喷泉效应的影响下，使无泡痕的熔融塑料被不断地推向产品表面，达到最终明显改善发泡制件表面质量的效果。对于注塑模具浇口位置(熔融塑料填充的起始区域)，由于此时高速注塑填充刚刚开始，模具型腔中原来残留的气体被压缩的比例很小，压力上升也很小，不足以阻止发泡熔融塑料内部泡孔的长大直至破裂，在这个小区域的产品表面也容易产生轻微的发泡痕迹。为解决这个问题，本专利技术通过使用较高的模具型腔温度，使轻微的发泡痕迹在接触型腔表面后，在型腔表面较高温度(高于熔融塑料的冷却冻结温度)作用下，泡痕两侧的熔融塑料将泡痕重新覆盖，进而消除发泡工艺在此区域产生的表面质量不良现象，提升产品的整体表面质量。该步骤中，在注塑结束阶段，使用注塑模具中特别设置的排气管路和抽气装置对模具型腔进行抽真空。此机构可使产品边缘因密封(特别适用于二次开模发泡工艺)需要而设置的减薄区域得到充分填充，进而又可提升模具型腔的整体填充效率。利用模温控制系统将模具温度迅速降低到一个较低温度，使制件表面迅速冷却，当制件表面冷却后形成的硬化层足以抵抗内部发泡力后，即可开模并取出塑件，从而得到表面高质量、无流痕等缺陷以及制件内部气孔均匀的塑件产品。该方法可基于具有图1所示基本结构的模具实现。

实施例1

以青岛海信模具有限公司生产的卡车仪表板端盖产品模具(编号为SY180004)(该产品适用的车型是美国John Deere品牌的农用卡车)为模具生产塑件，其基本结构的简要示意如图1所示。

在开始注塑前，对模具型腔进行加热，使型腔内加热温度达到130℃；加热媒介为蒸汽(加热过程借助于注塑模具原有冷却系统所使用的对模具型腔进行热交换的管路)。上述加热管路与模具原有冷却系统可使用同一组管路，使塑件冷却更为有效，该热交换管路包括在模具型腔表面均匀布置的透孔，在模具加热阶段，在透孔内通入蒸汽加热媒介，迅速提升型腔温度，在冷却阶段，关闭蒸汽，在该透孔中通入冷却水，迅速降低模具温度；上述加热和冷却使用同一组管路，使排布管路的位置更多，设计也更加灵活，加热和冷却效率也更高。

当上述型腔达到130℃加热温度时，紧接着采取注塑蓄能器辅助注塑机进行注塑，使得注塑速度得以大幅度提升，高速注塑的注塑速度可达到传统注塑速度的2倍。在对注塑模具进行密封的情况下，发泡的熔融塑料原料快速填充模具型腔时，型腔中原有的气体来不及排出，气体体积被压缩，气体压力快速上升，从而可在模具型腔内产生一定的气体压力。

在该注塑过程中，利用上述模具型腔内因快速注塑产生的气体压力来抑制料流前端附近气泡的长大和破裂，进而在喷泉效应的影响下，使无泡痕的熔融塑料被不断地推向产品表面，达到最终明显改善发泡制件表面质量的效果。此外，通过使用上述较高的模具型腔温度，使轻微的发泡痕迹在接触型腔表面后，在型腔表面较高温度(高于熔融塑料的冷却冻结温度)作用下，泡痕两侧的熔融塑料将泡痕重新覆盖，进而消除发泡工艺在注塑模具浇口位置(即熔融塑料填充的起始区域)产生的表面质量不良的现象，提升产品的整体表面质量。该步骤中，在注塑结束阶段，使用注塑模具中特别设置的排气管路和抽气装置对模具型腔进行抽真空。此机构可使产品边缘的减薄区域得到充分填充，并进一步提升模具型腔的整体填充效率。利用模温控制系统将模具温度迅速降低到较低温度，使制件表面迅速冷却，当制件表面冷却后形成的硬化层足以抵抗内部发泡力后，即可开模并取出塑件，得到的塑件产品表面质量高、无流痕并且制件内部气孔均匀。得到的塑件如图2左图所示。如图2所示，左右两制件均为发泡件，左图为本实施例工艺制备得到的塑件，利用气压等工艺抑制了制件表面的气痕，表面质量佳；右图为普通发泡注塑工艺，制件表面质量差，不良主要表现为存在大量的银色拉丝状发泡痕迹。

实施例2

与实施例1相比，其区别在于处理工序的顺序上的区别。本实施例采取的是先闭合、抽真空后加热型腔、注入熔融原料后冷却的步骤。具体操作过程为：

闭合注塑模具，利用抽真空设备将型腔中的空气抽出，使型腔处于负压状态，对型腔进行预加热，使型腔内加热温度达到130℃；加热媒介为蒸汽(加热过程借助于注塑模具原有冷却系统所使用的对模具型腔进行热交换的管路)，上述加热管路与模具原有冷却系统可使用同一组管路，使塑件冷却更为有效，该热交换管路包括在模具型腔表面均匀布置的透孔，在模具加热阶段，在透孔内通入蒸汽加热媒介，迅速提升型腔温度，在冷却阶段，关闭蒸汽，在该透孔中通入冷却水，迅速降低模具温度；上述加热和冷却使用同一组管路，使排布管路的位置更多，设计也更加灵活，加热和冷却效率也更高。

当上述型腔达到130℃加热温度时，紧接着采取注塑蓄能器辅助注塑机进行注塑，注塑时，热熔状态的塑胶原料能够快速充满型腔，使产品边缘的减薄区域得到充分填充，从而起到辅助成型的效果，提升填充效率。型腔填充满后，利用模温控制系统将模具温度迅速降低到较低温度，使制件表面迅速冷却，当制件表面冷却后形成的硬化层足以抵抗内部发泡力后，即可开模并取出塑件，得到的塑件产品。得到的塑件如图2右图所示。如图2所示，左右两制件均为发泡件，左图为实施例1工艺制备得到的塑件，利用气压等工艺抑制了制件表面的气痕，表面质量佳；右图为本实施例发泡注塑工艺制备，制件表面质量差，不良主要表现为存在大量的银色拉丝状发泡痕迹。

分析其原因，实施例2在封闭模具型腔后先抽真空后注塑，在真空吸力的作用下，熔融的塑料容易填充模具型腔的细节部分，从而起到较好的辅助成型效果，其对细节处理(边缘的填充)会较好，但对气痕的消除作用十分有限。但其与实施例1的技术本质不同，为了实现不同的工艺目的，实施例1也对模具进行密封，但在注塑前不能吸走型腔中的空气，而且在高速注塑的帮助下，要迅速的压缩型腔中存在的空气。在空气体积被压缩的过程中，气体压力随之提升，从而利用这个压力来抑制熔融塑料内部气泡核的长大趋势，直至产品填充满型腔，从而取得表面质量较好的产品。

上述方式中未述及的有关内容采取或借鉴已有技术即可实现。

虽然以上已经对本发明创造的构思进行了详尽的说明，但本领域技术人员也可以认识到，在没有脱离权利要求限定的前提下，仍可以对本发明做出各种改进和变换，而该种改进和变换仍当属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种提升注塑发泡成型塑件表面质量的方法，其包括如下步骤：

a、在开始注塑前，对模具型腔进行加热，使型腔内达到一定的加热温度；所述加热温度为80-130℃；

b、紧接步骤a，闭合模具型腔，并向模具型腔内快速注入发泡熔融塑料原料；

c、紧接步骤b，在模具型腔即将填充完毕时，开启模具中设置的抽真空机构，将模具中的气体排出，发泡熔融塑料填充模具型腔，经冷却定型后，最终获得塑件；

具体地，在开始注塑之前，先将模具型腔加热到80-130℃，然后通过快速注塑配合模具密封，使模具型腔内积累起一定的气体压力；注塑过程中含有气体的熔融塑料原料在模具内气体压力的作用下开始填充型腔，由于气体压力的存在，塑料制件表面附近气泡的长大和破裂被有效抑制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤a中，加热使用加热媒介，加热媒介包括蒸汽或加热棒。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，加热过程借助于注塑模具原有冷却系统所使用的对型腔进行热交换的管路。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤c中，利用注塑模具中抽真空机构对模具型腔进行抽真空；抽真空机构可使产品边缘因密封需要而设置的减薄区域得到充分填充，进而也可提升整体的填充效率。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述抽真空机构包括排气管路和抽气装置。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤b结束后，在产品背面和模具型芯之间引入高压气体，一方面可以将产品紧紧地压实在注塑模具型腔上，以达到更好地复制型腔的效果；另一方面，由于高压气体压力均匀作用在产品表面，且气体压力大于泡孔长大的力量，可以起到均匀控制产品发泡效果的作用。

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