發(fā)泡塑料注塑成型原理概論

1、東標(biāo)檢測(cè)中心對(duì)發(fā)泡塑料注塑成型原理概論發(fā)泡塑料是以熱塑性或熱固性樹脂為基體，其內(nèi)部具有無(wú)數(shù)微小氣孔的塑料。發(fā)泡是塑料加工的重要方法之一，塑料發(fā)泡得到的泡沫塑料含有氣固兩項(xiàng)氣體和固體。氣體以泡孔的形式存在于泡沫體中，泡孔與泡孔互相隔絕的稱為閉孔，連通的稱為開孔，從而有閉孔泡沫塑料和開孔泡沫塑料之分。泡沫結(jié)構(gòu)的開孔或閉孔是由原材料性能及其加工工藝所決定的。塑料發(fā)泡的技術(shù)淵源久遠(yuǎn)。最早是20年代初期的泡沫膠木，用類似制造泡沫橡膠的方法制取；3

2、0年代出現(xiàn)硬質(zhì)聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫；40年代有聚乙烯、聚氯乙烯、環(huán)氧樹脂、酚醛泡沫；50年代則有可發(fā)性聚苯乙烯泡沫和軟質(zhì)聚氨酯泡沫?，F(xiàn)在，基本上所有的塑料，包括熱塑性和熱固性的都可以發(fā)泡為泡沫塑料。工業(yè)上的制備方法有：擠出發(fā)泡、注塑發(fā)泡、模塑發(fā)泡、壓延發(fā)泡、粉末發(fā)泡和噴涂發(fā)泡等等。其中，注塑發(fā)泡是最重要的成型方法之一，在這里重點(diǎn)講述注塑成型發(fā)泡。發(fā)泡成型原理塑料的發(fā)泡方法根據(jù)所用發(fā)泡劑的不同可以分為物理發(fā)泡法和化學(xué)發(fā)泡法兩大類。在這

3、里首先簡(jiǎn)單介紹一下發(fā)泡劑。◆發(fā)泡劑發(fā)泡劑可簡(jiǎn)單粗分為物理發(fā)泡劑與化學(xué)發(fā)泡劑兩類。對(duì)物理發(fā)泡劑的要求是：無(wú)毒、無(wú)臭、無(wú)腐蝕作用、不燃燒、熱穩(wěn)定性好、氣態(tài)下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、氣態(tài)時(shí)在塑料熔體中的擴(kuò)散速度低于在空氣中的擴(kuò)散速度。常用的物理發(fā)泡劑有空氣、氮?dú)?、二氧化碳、碳?xì)浠衔?、氟利昂等；化學(xué)發(fā)泡劑是一種受熱能釋放出氣體諸如氮?dú)?、二氧化碳等的物質(zhì)，對(duì)化學(xué)發(fā)泡劑的要求是：其分解釋放出的氣體應(yīng)為無(wú)毒、無(wú)腐蝕性、不燃燒、對(duì)制品的成型及物理、化學(xué)性能無(wú)

4、影響，釋放氣體的速度應(yīng)能控制，發(fā)泡劑在塑料中應(yīng)具有良好的分散性。應(yīng)用比較廣泛的有無(wú)機(jī)發(fā)泡劑如碳酸氫鈉和碳酸銨，有機(jī)發(fā)泡劑如偶氮甲酰胺和偶氮二異丁腈?！粑锢戆l(fā)泡法簡(jiǎn)單地講，就是利用物理的方法來(lái)使塑料發(fā)泡，一般有三種方法：（1）先將惰性氣體在壓力下溶于塑料熔體或糊狀物中，再經(jīng)過(guò)減壓釋放出氣體，從而在塑料中形成氣孔而發(fā)泡；（2）通過(guò)對(duì)溶入聚合物熔體中的低沸點(diǎn)液體進(jìn)行蒸發(fā)使之汽化而發(fā)泡；（3）在塑料中添加空心球而形成發(fā)泡體而發(fā)泡等?！舾邏喊l(fā)泡法

5、高壓發(fā)泡法的注塑模腔壓力在7~15Mpa之間，采用滿注方式，即一次注射量正好等于模具模腔的容積。為了使制件得到發(fā)泡膨脹，可以采用強(qiáng)制擴(kuò)大模腔，或者使一部分塑料分流出模腔。一般較多采用模腔擴(kuò)大法。采用擴(kuò)大模腔法的注塑機(jī)與普通注塑機(jī)相比，增加了二次合模保壓裝置，當(dāng)塑料和發(fā)泡劑的熔融混合物被注入到模腔后延時(shí)一段時(shí)間，然后合模機(jī)構(gòu)的動(dòng)模板向后移動(dòng)一小段距離，使模具的動(dòng)模和定模稍為分開，模腔擴(kuò)大，模腔內(nèi)的塑料開始發(fā)泡膨脹。制品冷卻后在其表面形成致

6、密的表皮，由于塑料熔體的發(fā)泡膨脹受到動(dòng)模板的控制，因此，也就可以對(duì)制品的致密表層的厚度進(jìn)行控制。動(dòng)模板的移動(dòng)可以是整體移動(dòng)，也可以是部分移動(dòng)使局部發(fā)泡，從而得到不同密度的制品。高壓發(fā)泡法對(duì)模具的制造精度要求高，模具費(fèi)用高，并且對(duì)注塑機(jī)有二次鎖模保壓要求?！綦p組分發(fā)泡法雙組分發(fā)泡注塑是一種特殊的高壓結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑方法，它采用專門的雙組分注塑機(jī)。這種注塑機(jī)有兩套注塑裝置：一套用來(lái)注塑制品的芯部，一套用來(lái)注塑制品的表層。在注塑時(shí)，先注入皮層物料

7、，然后通過(guò)同一澆口再注入混有發(fā)泡劑的芯部材料。由于芯部材料呈層流狀態(tài)流動(dòng)，這就保證了芯部材料均勻地包覆在皮層內(nèi)部，使型腔得到完全填充。當(dāng)熔料填滿型腔后，再注入少量不含有發(fā)泡劑的熔料，使?jié)部诜忾]。制品取出后，再去掉澆口即得到具有不發(fā)泡致密表層和有芯部發(fā)泡的輕質(zhì)制品。微孔發(fā)泡成型微孔發(fā)泡成型屬于物理發(fā)泡法。常規(guī)泡沫塑料的泡孔直徑一般大于50mm，泡孔的密度(單位體積內(nèi)泡孔的數(shù)量)小于106個(gè)cm3。這些大尺寸的泡孔受力時(shí)常常成為初始裂紋的發(fā)

8、源地，降低了材料的機(jī)械性能。為了滿足工業(yè)上要求降低某些塑料產(chǎn)品的成本而不降低其機(jī)械性能的要求，20世紀(jì)80年代初期，美國(guó)麻省理工大學(xué)(MIT)的學(xué)者J.E.MartiniJ.Colton以及N.P.Suh等以CO2、N2等惰性氣體作為發(fā)泡劑研制出泡孔直徑為微米級(jí)的泡沫塑料，并將泡孔直徑為1mm~10mm，泡孔密度為109~1012個(gè)cm3的泡沫塑料定義為微孔塑料(MicrocelluarPlastics)。注射成型是微孔塑料制品的主要成

9、型方法之一。塑料原料加入注塑機(jī)的料筒后，在螺桿剪切力及加熱圈外加熱作用下塑化，發(fā)泡劑直接注入注射螺桿熔融段末與熔體均勻混合，然后高壓高速注入模腔。在模腔內(nèi)突然降壓，使熔體中大量的過(guò)飽和氣體離析出來(lái)，發(fā)泡、膨脹、成型、定型形成微孔塑料制品。另外，也可以采用改變溫度的方法形成泡核，與改變壓力法相比，比較容易控制，但對(duì)于氣體溶解度對(duì)溫度不敏感的塑料不適用。開發(fā)微孔塑料注塑技術(shù)難度比較大，因?yàn)楹统Ｒ?guī)泡沫塑料相比，泡孔的尺寸要小得多，要想得到良好