TWI383879B - 微發泡塑料件射出成形系統及其方法 - Google Patents

Description

微發泡塑料件射出成形系統及其方法

本發明係與發泡塑料件之成形有關，特別是關於一種加速成形之微發泡塑料件射出成形系統及方法。

請參閱「第1圖」所示，為習知技術之微發泡塑料件射出成形系統之剖面示意圖。製作發泡成形之塑料件，係於注塑液注入模具之1模穴之過程中，以發泡氣體源2將高壓空氣注入注塑機3中，使高壓空氣被混入注塑液形成微小氣泡。於注塑液完成固化之後，微小氣泡便會於塑料件中形成微小氣孔。微小氣孔可減輕塑料件之重量。同時，氣孔的存在改變整體膨脹係數，注塑液冷卻為塑料件的過程中，收縮現象變得比較不明顯。因此，發泡塑料件尺寸縮水或是因材料冷卻收縮而造成之翹曲也會變得比較不明顯。

具有微小氣泡之注塑液進入模穴之後，接觸模穴表面之注塑液之溫度迅速降低，使得位於模穴表面之氣泡無法繼續移動，致使發泡塑料件的外觀不平整，因此發泡塑料件必須在進行上漆等表面加工，否則發泡塑料件就只能作為內構件，無法作為外觀件。

此外，被注入注塑液內部之高壓氣體，會由注塑液之自由表面脫離，而進入模穴之中。隨著注塑液流動逐漸填充於模穴，這些氣體會被注塑液密封於模穴的末端結構，而無法自氣孔或是公母模之間的細縫離開模穴，此一現象稱為困氣4。困氣4造成注塑液無法確實填充模穴，同時，注塑液接觸困氣4的部分，由於無法確實接觸模穴表面進 行降溫，因此會出現溫度過高而燒焦的現象。是以，發泡塑料件除了因困氣4造成表面結構不完整之外，在這些結構缺陷之處也會有燒焦的現象。為了消除困氣現象，必須以注塑機注入超過預定量之注塑液，迫使注塑料流入困氣4中以消除困氣4。但是過量之注塑液致使模穴內部缺乏足夠空間供微小氣泡膨脹(注塑液相對於微小氣泡為不可壓縮流)，影響發泡效果而無法達成減輕重量之功效。

因此，如何改善發泡塑料之成形過程，以避免困氣造成發泡塑料件的缺陷或是注入過量注塑液造成之問題，成為重要之技術課題。

鑑於上述問題，本發明目的在於提出一種微發泡塑料件射出成形系統及其方法，係可避免困氣現象及注入過量注塑液之問題發生。

為了達成上述目的，本發明提出一種微發泡塑料件射出成形系統，包含模具、控溫裝置、注塑機、發泡氣體源、及模穴壓力控制裝置。模具具有一公模及一母模，互相合模形成一模穴，用以供注塑液被注入其中。控溫裝置用以加熱模具至工作溫度，或冷卻模具至一開模溫度。注塑機用以注入注塑液於模穴中，且發泡氣體源注入高壓氣體至注塑液中，使高壓氣體於注塑液中形成微小氣泡。模穴壓力控制裝置用以於注塑機注入注塑液於該模穴之前，持續對模穴產生一第一負壓。且模穴壓力控制裝置於注塑液被注入模穴過程中停止第一負壓，並對該模穴產生一正壓脈衝，藉以抑制注塑液流動，避免注入過量注塑液之問題發生。

本發明更提出一種微發泡塑料件射出成形方法，係於模具進行合 模之後，持續對模具之模穴施加第一負壓，使模穴之壓力小於外壓力。接著持續注入注塑液至模穴中，並注入高壓空氣於注塑液中。高壓氣體於注塑液中形成微小氣泡，而第一負壓消除困氣現象。接著，停止第一負壓，並對模穴施加一正壓脈衝，藉以抑制注塑液流動，避免注入過量注塑液之問題發生。最後使模穴中之氣體隨著注塑液之注入而排出，並於注塑液填滿模穴之後停止注入注塑液，並冷卻模具。於模具冷卻完成之後，即可進行開模取出注塑液固化形成之發泡塑料件。

本發明之功效在於，本發明抑制氣泡過度成長，並避免注塑機注入過量注塑液之問題發生。

請參閱「第2圖」、「第3圖」、及「第4圖」所示，為本發明實施例所揭露之微發泡塑料件射出成形系統，包含一模具10、一合模裝置20、一控溫裝置30、一模穴壓力控制裝置40、一注塑機50、及一發泡氣體源60。

參閱「第2圖」、「第3圖」、及「第4圖」所示，模具10包含一公模11及一母模12，其中公模11及母模12分別具備互相對應之內凹或凸出結構，用以於公模11及母模12互相結合進行合模作業之後，於模具10內部形成一模穴13。模具10更具有複數個通道14，埋設於公模11或母模12之中，各通道14可為頭尾互相串連或是平行並列，用以供高溫流體或冷卻流體通過，以加熱或冷卻模具10。母模12具有複數個氣道，連通模穴13與外界。當公模11及母模12互相合模時，模穴13可進入氣密狀態，氣道用以供氣體通過以進入或離開模穴。複數 個氣道中包含至少一進氣道131及一排氣道132，進氣道131用以供高壓氣體被注入模穴13中，對模穴13產生正壓(模穴13中壓力大於外界壓力)。排氣道132用以供抽氣，對模穴13產生負壓(模穴13中壓力小於外界壓力)。

此外，公模11具有一澆注道111，連通公模11之外側面及模穴13。注塑機50連接於澆注道111，用以將注塑液(高溫融熔之液態塑膠)透過澆注道111注入模穴13中。發泡氣體源60連接於注塑機50，用以於注塑機50推送注塑液進入模穴13時，以噴嘴注入高壓氣體至注塑液中，使高壓氣體於注塑液中形成微小氣泡。微小氣泡隨著注塑液的流動而分佈於注塑液中，且於高溫狀態下膨脹以增加其直徑。注塑液冷卻固化為發泡塑料件後，微小氣泡所在位置即形成多孔隙結構。

參閱「第3圖」及「第4圖」所示，合模裝置20用以線性致動模具10之部分或是全部元件，對模具10進行開模或是合模。合模裝置20可為油壓裝置、連桿致動裝置、或導螺桿總成，於本實施例中，合模裝置20為油壓裝置，包含一支架21及複數個油壓缸22，其中支架21及油壓缸22設置於一基座24，且油壓缸22之驅動桿23係穿過支架21而連接模具10。其中，模具10之母模12可移動地設置，而公模11係固定設置於基座24，驅動桿23連接於母模12，用以線性致動母模12移動而靠合於公模11，使模具10進行合模；或是線性致動母模12移動而脫離公模11，使模具10進行開模。

參閱「第2圖」、「第3圖」、及「第4圖」所示，控溫裝置30包含加熱主機31、冷卻主機32、及排液主機33，加熱主機31用以加熱模具10至一工作溫度，以維持注塑原料之流動性，並提升發泡效率， 使發泡塑料件之孔隙大小及孔隙率到達預定值。冷卻主機32用以冷卻模具10，加速模具10之溫度冷卻至一開模溫度，縮短注塑完成至開模之間的等待時間。

於本實施例中，加熱主機31為一高溫流體源，用以提供高溫流體，例如一鍋爐，加熱純水產生高壓高溫蒸汽。且加熱主機31通過一加熱閥門312連接於模具10之通道14，提供高溫流體通過各通道14以加熱模具10至工作溫度。冷卻主機32用以提供冷卻流體，例如連接水槽之冷凝器，提供低溫之冷卻水。冷卻主機32通過一冷卻閥門322連接於模具10之通道14，提供冷卻流體通過各通道14，以冷卻模具10至開模溫度。殘存於通道14之高溫流體，影響冷卻流體之冷卻效果。反之，殘存於通道14冷卻流體，也影響高溫流體之加熱效果。排液主機33通過一排液閥門332連接於通道，用以提供高壓且乾燥之氣體通過各通道14，以排出通道14內部殘存之冷卻液體或高溫流體。

參閱「第2圖」及「第3圖」所示，模穴壓力控制裝置40透過進氣道131及排氣道132連接於模穴13。模穴壓力控制裝置40經由進氣道131供應壓縮氣體至模穴13中，對模穴13內部產生正壓；或是經由排氣道132抽取模穴13內部之氣體，對模穴使模穴13內部產生負壓。模穴壓力控制裝置40包含高壓氣體源41及抽氣主機42，高壓氣體源41為高壓氣瓶或高壓泵浦，用以產生高壓氣體，抽氣主機42為真空泵浦，用以產生負壓抽取模穴13之氣體。高壓氣體源41透過正壓氣閥412連接於進氣道131，以連接模穴13；且抽氣主機42透過負壓氣閥422連接於排氣道132，以連接模穴13。其中，正壓氣閥412及負壓氣閥422係可被切換為開啟或關閉，切換高壓氣體源41及抽氣 主機42是否連接模穴13。

本發明實施例之運作流程如下所述。

參閱「第5圖」及「第6圖」所示，並結合「第2圖」及「第3圖」。於開始發泡射出成形作業時，或前一次發泡射出成形作業完成之後，模具10係呈開模狀態，開模裝置20驅動母模12脫離公模11，使模穴13表面外露，前一次射出成形作業完成之發泡塑料件亦可被取出。於此同時，控溫裝置30之加熱主機31開始提供高溫流體，通入通道14之中以開始加熱模具10，如「第1圖」所示。加熱模具10之方法不限定於高溫流體通入通道14，加熱模具10之方法包含感應加熱、電熱棒加熱、或直火加熱。當模穴13表面之溫度到達工作溫度時，加熱主機21停止供應高溫流體，使控溫裝置30停止加熱模具10加熱。決定模穴13表面是否到達工作溫度，可以透過熱電偶等溫度感應器之監測，取得模穴3表面之溫度。或是，依據實驗結果決定加熱時間，於加熱時間到達時視同模穴13表面之溫度已到達工作溫度。模穴13表面之溫度到達工作溫度之後，合模裝置20驅動母模12靠合於公模11，完成合模作業，如「第3圖」所示。

參閱「第5圖」及「第6圖」所示，並參閱「第3圖」，合模作業完成後，模穴壓力控制裝置40之抽氣主機42啟動，且對應之負壓氣閥422開啟，使抽氣主機42持續對模穴13產生第一負壓，藉以使模穴13之壓力小於外界壓力。

參閱「第5圖」、「第6圖」、及「第7圖」所示，注塑機50對模具10注入注塑液，進行快速注塑。參閱「第6圖」所示，第一負壓使 注塑液加速進入模穴13中，是以此時具有相對較高之注塑液流量。同時，發泡氣體源60也對注塑機50注入高壓空氣，使微小氣泡混入注塑液中。此時，由於模穴壓力控制裝置40持續對模穴13施以一第一負壓，因此加速氣泡成長至預定孔徑。由於第一負壓持續抽取模穴13中空部位(尚未填充注塑液的區域)之氣體，因此加速注塑液進入模穴13中。同時，由於模穴13中的氣體持續被抽走，避免細微結構處出現困氣現象導致填充不完全的現象發生。此外，由於模具10被加熱之工作溫度後才進行注塑，因此注塑液仍維持良好流動性，避免困氣現象產生。

參閱「第5圖」、「第6圖」、及「第7圖」所示，於開始快速注塑經歷第一負壓時間之後，停止施加第一負壓。此一時間通常為注塑作業完成一半時，已注塑量大約是全部注塑量之一半。此時注塑液已經填充模穴13大部分空間，但是尚未堵塞進氣道131及排氣道132。以注塑液完全填滿模穴13之注塑時間需要1-2秒為例，第一負壓時間約為注塑時間之四分之一至二分之一之間，約為0.5秒左右。停止第一負壓的方式主要是要切斷抽氣主機42與模穴13的連通，因此只需要關閉對應排氣道132之負壓氣閥422，就可以切斷第一負壓。抽氣主機42可同時停止作業，也可於持續運轉。由於後續需要再度對模穴13施予負壓，因此抽氣主機42以持續運轉為最佳。

參閱「第5圖」、「第6圖」、及「第7圖」所示，於第一負壓時間結束之後，開啟正壓氣閥412，使高壓氣體源41連通模穴13，對模穴13中的中空部位產生一正壓脈衝，注入特定量之高壓氣體。正壓脈衝致使注塑液瞬間受壓，因而抑制微小氣泡繼續成長，將氣泡固定於特 定直徑大小，同時避免新的氣泡持續產生，固定發泡塑料件成品中的孔隙率。此時，由於正壓之作用下，注塑液流量會下降，使的已注塑量增加之速率減緩(如「第6圖」所示)，避免注塑機注入超過預定量之注塑液。高壓氣體源41提供正壓脈衝之後，正壓氣閥412立刻關閉，高壓氣體隨注塑液的持續注入，由氣道其中之一或是公模11及母模12之間的縫隙慢慢離開模穴13。

參閱「第5圖」、「第6圖」、及「第7圖」所示，於提供脈衝正壓之後，可再度開啟負壓氣閥422，持續對模穴13施以一第二負壓。第二負壓抽取模穴13中剩餘氣體，加速注塑液流量，以快速增壓已注塑量，加速注塑液填充於模穴13剩餘空間，並維持良好的填充效果。但亦可不施予第二負壓，使模穴13內部氣體自然排出，如前段所述。

參閱「第5圖」、「第6圖」、及「第8圖」所示，於完成注塑，亦即注塑液已經完全填充於模穴13之後，停止注塑機50之注塑動作，同時關閉負壓氣閥422以停止第二負壓。以控溫裝置30之排液主機33提供高壓空氣通入通道14中，以排除殘存之高溫流體。接著以冷卻流體源31提供冷卻流體，通入通道14中以冷卻模具10，加速模具10之溫度降溫至開模溫度。模具10到達開模溫度之後，合模裝置20驅動母模12脫離公模11，使模穴13表面外露。於此同時，先以排液主機33提供高壓空氣通入通道14中，以排除殘存之冷卻流體。接著，以高溫流體源10開始提供高溫流體，通入通道14之中，開始加熱模具10，以預備下一次射出成形作業。

本發明於發泡成形過程中，持續於模穴13產生第一負壓，加速注塑速度。同時透過模具10的預熱，維持注塑液的流動，輔以第一負壓 的產生，抽取模穴13中之困氣，避免困氣現象出現而影響發泡塑料件之完整性。注塑過程中以正壓脈衝瞬間施壓，抑制氣泡過度成長。同時，正壓脈衝暫時減緩注塑液流量，可適度調整注塑量，避免注塑機注入過量注塑液。第二負壓可以再度加速注塑液流動，以進一步縮短注塑所需要之時間。

「習知技術」

1‧‧‧模具

2‧‧‧發泡氣體源

3‧‧‧注塑機

「實施例」

10‧‧‧模具

11‧‧‧公模

111‧‧‧澆注道

12‧‧‧母模

13‧‧‧模穴

131‧‧‧進氣道

132‧‧‧排氣道

14‧‧‧通道

20‧‧‧合模裝置

21‧‧‧支架

22‧‧‧油壓缸

23‧‧‧驅動桿

24‧‧‧基座

30‧‧‧控溫裝置

31‧‧‧加熱主機

312‧‧‧加熱閥門

32‧‧‧冷卻主機

322‧‧‧冷卻閥門

33‧‧‧排液主機

332‧‧‧排液閥門

40‧‧‧模穴壓力控制裝置

41‧‧‧高壓氣體源

412‧‧‧正壓氣閥

42‧‧‧抽氣主機

422‧‧‧負壓氣閥

50‧‧‧注塑機

60‧‧‧發泡氣體源

第1圖為習知技術中，微發泡塑料件射出成形系統之剖面示意圖。

第2圖為本發明實施例之系統方塊圖。

第3圖及第4圖為本發明實施例之剖面示意圖，揭示模具開模及合模之狀態。

第5圖為本發明實施例中，注塑過程之時序示意圖。

第6圖為本發明實施例中，第一負壓、正壓脈衝、第二負壓影響注塑液流量、已注塑量之曲線圖。

第7圖及第8圖為本發明實施例之剖面示意圖，揭示注塑液注入模穴之狀態。

10‧‧‧模具

11‧‧‧公模

111‧‧‧澆注道

12‧‧‧母模

13‧‧‧模穴

131‧‧‧進氣道

132‧‧‧排氣道

14‧‧‧通道

20‧‧‧合模裝置

21‧‧‧支架

22‧‧‧油壓缸

23‧‧‧驅動桿

24‧‧‧基座

30‧‧‧控溫裝置

31‧‧‧加熱主機

312‧‧‧加熱閥門

32‧‧‧冷卻主機

322‧‧‧冷卻閥門

33‧‧‧排液主機

332‧‧‧排液閥門

40‧‧‧模穴壓力控制裝置

41‧‧‧高壓氣體源

412‧‧‧正壓氣閥

42‧‧‧抽氣主機

422‧‧‧負壓氣閥

50‧‧‧注塑機

60‧‧‧發泡氣體源

Claims (20)

1. 一種微發泡塑料件射出成形方法，包含下列步驟：提供一模具，使該模具進行合模；持續對該模具之一模穴施加第一負壓，使該模穴之壓力小於外界壓力；持續注入注塑液至該模穴中，並注入高壓空氣於該注塑液中；停止該第一負壓，對該模穴中的中空部位產生一正壓脈衝，以注入特定量之高壓氣體；使該模穴中之氣體排出；停止注入注塑液，並冷卻該模具；及使該模具進行開模以取出注塑液固化形成之發泡塑料件。
2. 如請求項1所述之微發泡塑料件射出成形方法，其中使該模穴中之氣體排出之步驟包含：持續對該模穴施以一第二負壓，抽取該模穴中剩餘氣體。
3. 如請求項1所述之微發泡塑料件射出成形方法，其中更包含一步驟，於該模具合模前加熱該模具至一工作溫度。
4. 如請求項3所述之微發泡塑料件射出成形方法，其中加熱該模具之步驟包含：提供高溫流體通入該模具之通道中。
5. 如請求項4所述之微發泡塑料件射出成形方法，其中於提供高溫流體之前更包含一步驟：提供高壓氣體至該模具之通道中以排除殘存之流體。
6. 如請求項1所述之微發泡塑料件射出成形方法，其中冷卻該模具之步驟包含：提供冷卻流體通入該模具之通道中。
7. 如請求項6所述之微發泡塑料件射出成形方法，其中於提供冷卻流體之前更包含一步驟：提供高壓氣體至該模具之通道中以排除殘存之流體。
8. 一種微發泡塑料件射出成形系統，包含：一模具，具有一公模及一母模，互相合模形成一模穴，用以供注塑液被注入其中；一控溫裝置，用以加熱該模具至一工作溫度，或冷卻該模具至一開模溫度；一注塑機，用以注入注塑液於該模穴中；一發泡氣體源，連接於該注塑機，用以注入高壓氣體至該注塑液中，使高壓氣體於該注塑液中形成微小氣泡；及一模穴壓力控制裝置，連接於該模穴，用以於該注塑機注入注塑液於該模穴之前，持續對該模穴產生一第一負壓，並於注塑液被注入該模穴過程中停止該第一負壓並對該模穴中的中空部位產生一正壓脈衝，以注入特定量之高壓氣體。
9. 如請求項8所述之微發泡塑料件射出成形系統，其中該公模具有一澆注道，連通該公模之外側面及該模穴，且該注塑機連接於該澆注道。
10. 如請求項8所述之微發泡塑料件射出成形系統，該控溫裝置包含：一加熱主機，用以加熱該模具至該工作溫度；及 一冷卻主機，用以冷卻該模具至該開模溫度。
11. 如請求項10所述之微發泡塑料件射出成形系統，其中該模具具有複數個通道，埋設於該公模及該母模至少其中之一，用以供流體通過；該加熱主機為一高溫流體源，用以提供高溫流體通過各該通道，以加熱該模具；該冷卻主機用以提供冷卻流體通過各該通道，以冷卻該模具。
12. 如請求項11所述之微發泡塑料件射出成形系統，其中更包含一排液主機，用以提供高壓且乾燥之氣體通過各該通道，以排出各該通道內部殘存之冷卻液體或高溫流體。
13. 如請求項8所述之微發泡塑料件射出成形系統，其中更包含一合模裝置，用以致動該公模及該母模互相合模或是開模。
14. 如請求項13所述之微發泡塑料件射出成形系統，其中該公模為固定設置，且該母模係被該合模裝置移動。
15. 如請求項8所述之微發泡塑料件射出成形系統，其中該模穴壓力控制裝置包含：一高壓氣體源，用以提供該正壓脈衝；一抽氣主機，用以提供該第一負壓。
16. 如請求項15所述之微發泡塑料件射出成形系統，其中該模具具有一進氣道，連接於該高壓氣體源，及一排氣道，連接於該抽氣主機。
17. 如請求項16所述之微發泡塑料件射出成形系統，其中該高壓氣體源透過一正壓氣閥連接於該進氣道，該正壓氣閥用以被切換為開啟或關閉， 以切換該高壓氣體源是否連接該模穴。
18. 如請求項16所述之微發泡塑料件射出成形系統，其中該抽氣主機透過一負壓氣閥連接於該排氣道，且該負壓氣閥係可被切換為開啟或關閉，以切換該抽氣主機是否該連接模穴。
19. 如請求項15所述之微發泡塑料件射出成形系統，其中該抽氣主機於該高壓氣體源提供該正壓脈衝後，對該模穴施加一第二負壓。
20. 如請求項8所述之微發泡塑料件射出成形系統，其中該模穴壓力控制裝置於產生該正壓脈衝後後，對該模穴施加一第二負壓。