新型注塑件成型技術
1. 共注塑件成型（芯層注塑件成型） 采用共注塑件成型有助于觀察到制件中獨特的結構。塑料“甲”先注射充入部分型腔，然后塑料：“乙”緊跟著“甲”注射進入型腔并保持初始推動流動壓力場。根據表皮區和芯層的尺寸大小，按正確的比例關系計量出“甲”和“乙”的用料量，可制得1個內芯層為“甲”外表完全由“乙”包裹的制件。 另外，在化妝品應用方面，有小部分的表皮“甲”料放在“乙”料之后注射，以使澆口部分的表皮能完全閉合。用2種不同顏色的樹脂進行共注塑件成型的制件，形成一個容易區分的表皮和芯層區間（認識到所有的注塑件成型件中存在有類似的表皮和芯層這一點非常重要。）如果沒有先進的檢測技術，通常難以區分表皮—芯層的區域及其分界面。 共注塑件成型并非一門新的工藝技術。英國ici公司早在70年代就開始應用這一技術，并取得了包括基礎理論，生產產品及機器設備等幾項專利。現普遍采用的ici生產工藝類似“三明治模塑”，由于模塑外層表皮的材料與中間或芯層的材料不同，因此兩種材料必須有一定的相容性，并且芯層材料要求具有可高度輻射、發泡成型和100%回收利用等性能。選用材料應經多種選擇比較而定。 共注塑件成型工藝問世15年后，才真正得以普及推廣。一種采用共注塑件成型的厚齒輸制作橫截面。 表皮材料是非填充尼龍，而芯層材料是玻璃-珠料-填充尼龍。芯層中玻璃珠粒料收縮率極低，具有良好的尺寸穩定性。尼龍表皮賦予齒輪齒牙良好的潤滑性并避免了珠粒料容易產生的磨蝕問題。 基于共注塑件成型的基礎理論目前已開發出幾種新型加工改進方法。例如，模內“上漆”和氣體輔助模塑成型擴大了采用這種工藝的范圍。模內上漆加工方法是采用低分子量聚合物作為外層材料，而氣體輔助模塑成型是采用氮氣或另一種氣體作為芯層（或部分芯層）材料。隨著產品設計與生產加工設備的不斷完善改進，將滿足各種新應用和新技術的需求，共注射技術必將成為富有潛力的工業化大規模生產工藝方法。 2. 氣體輔助注塑件成型 氣體輔助注塑件成型技術主要是為了減輕重量和（或）節省循環時間等而逐漸發展起來的。 通常的共注塑件成型中，首先注射外層材料，并只部分填充型腔。然后氣體通過噴嘴注射或直接進入模腔內，模腔制件的芯層部位。液化氣體也可注射到待成型制件的芯層部分。一般而言，在芯層內氣體壓力推動熔料向前流動，直至完全充滿型腔，并防止制件表層在固化階段從模腔壁凹下，相連的表皮層緊貼著模腔壁，氣體則保存在模塑制件的芯層區間。由于注入氣體的壓力高于大氣壓力，故此該氣體的壓力必須在制件頂出之前降低，以避免當起限位作用的模腔壁移動時，造成制件變形。 高度壓縮的氣體難于控制其形狀及定位氣體芯的位置，但隨著工藝及工序的不斷改進，將可重復生產出合格的制件。 在機器化控制的條件下，通常采用各項工藝程序控制。隨著注塑件加工基礎理論研究的不斷深入，控制方法下淘汰控制壓力的方法而采用真正的工藝程序控制，對物料的響應進監測，調節乃至控制。對諸如注射速率等加工參數的改進，對成型制件尤其是對其機械特性及表面特性將會產生顯著的影響。射料桿速度與熔料注射速度并不相等，了解這一點很關鍵。粘彈性材料的響應與澆灌能夠過程相互關聯，而且一定是同步進行的。總之，想直接觀察到材料的響應既不可能也很不現實。過去由此而產生了可重復性次序處理或控制物體的設備 。該工序流程中關鍵步驟是經常采用干式循環測量機器設備。有重復性的模壓工序當然重要，但應最優先考慮具有重現性的熔體特性。由此，通常要求在控制器上加設輔助探測器，以保存記錄塑料熔體壓力及溫度，是有關熔體狀況的重要參數，但并不足夠以調節材料的非線形響應。輔助性的調節控制設備正不斷地開發應用于成型高度復雜的注塑件制件。例如，機械式的閥控澆口應用于熱流道體系中，在流道內可更好地調控分配壓力，并可消除熔接痕和減少翹曲。 3. 低壓注塑件成型 低壓注塑件成型已經出現在最近的有關加工工藝報道中。其實這也并不是一種新的工藝，但采用的加工方法，可使設備工序能更好地與預料中的熔體響應相匹配。常規的成型條件下，注射初始時熔體因過度受壓而產生巨大的不穩定效應。由此引起粘度急劇增高，同時熔體由于受到壓縮而儲存了彈性能量。而低壓注塑件成型工藝與此相反，熔體流過噴嘴和流道。由于熔體粘度伴隨壓力增加而增大，而低壓注塑件成型熔體的粘度較低，從而可更好地控制熔體的粘流特性。另外，料筒內熔體的壓力增大速度越快，將更呈現出類似固態的空體響應。粘彈性塑料熔體從純液態到純固態過程中，都具有寬頻的響應特性。熔體的響應或松弛時間等具體特性是由聚合物主鏈上的化學成分所決定。避免流動條件的突然改變或瞬間大幅度變動，更有利于形成所需的類似液態特性。事實上，低壓注塑件成型只是控制或調節塑料粘彈特性的一種加工方法。樹脂生產注塑件加工商一般把高流動性樹脂的分子量降低，以求降低其粘彈性，從而適合于生產薄壁制品等的需要。隨著對加工環境認識的深入，采用低壓注塑件成型將使塑料熔體更能適應生產環境的要求。 目前有幾項工業化產品是采用低壓注塑件成型方法。大多數設計項目已著重于將低壓注射與再注射塑料成型結合一起使用。如汽車門內飾板的成型，就是將紡織物或非紡織物放置入注塑件模具內，再直接向注塑件模具注射熔料。模內加標簽方法是超越簡單印刷的另一種成型方法。在每次循環生產開始時，單獨的標簽或接連的薄膜可在模內轉換位置。薄膜除了可印刷之外，不定期具有很多動能，（如高抗行擊、韌性樹脂）或者薄膜可含有助劑和穩定劑，以保護成型制件表面。 4. 交變注塑件成型 相比較而言，交變注射是一個比較新的注塑件成型選擇參數。這項技術的最大難點在于當加工條件突然改變時，對塑料熔體將呈現出怎樣的變化行為知之甚少。有關熔體流變學的基礎知識，不僅僅是固定的剪切粘度。確切地說，熔體響應（粘性和彈性行為）需要表達的特性，不僅是通常的穩態流動速率或剪切速率及溫度，也包括壓力及瞬間流動速率。這些特性包括很多內容而且十分難于弄清楚。然而，如果在異型材注射方面取得實質性進展，將需制訂出多種不同塑料的具體操作規程。另還需增加通用的累試法，以求得到成熟和精確的控制方法。 在常規的注塑件成型中，型腔壁固定不變，某些情況下，還有利用在充模和保壓陷段移動模壁。可采用2種不同的方法：移動型腔壁方向垂直于分模線；旋轉或滑動型腔壁。在充模階段旋轉型芯以增加對制件尤其是表皮部分分子的變軸取向。通過這種加工工藝，制件的彎曲性能與其它機械性能得到了極大的提高。聚苯乙飲水杯和聚丙烯注射器就是采用這種加工方法獲得重大改變突破地2個產品。 5. 注射—壓縮成型 注射—壓縮成型中型腔壁移動方向垂直于分模線。采用這種方法成型時，在充模階段，按工序產生壓力驅熔體流動，但這一個流道的深度是可變化的。在較深的流道中，壓力下降得較低，以使大面積的制件成型中熔體沒有過度受壓，并避免了瞬間的材料響應，這2種因素同樣會阻礙熔體的流動。注塑件成型過程中，型腔深度可能是最終制件厚度的14%，在塑料填充了大致60%—75%的型腔后，停止注射，模腔壁周圍同時受到推壓，直至最終制件的壁原成型為止。制件的最終尺寸在這階段確定。 如果在模壁按工序移動之前充滿了型腔，該種工藝通常稱為鑄壓成型。大體上，鑄壓成型是在一個可變體積的型腔內采用不變的壓力對制件進行保壓。鑄壓階段是增加密度的階段，密度緊接著在介于熔體和固態塑料之間起變化。采用鑄壓方式成型致密圓盤，可把殘留應力減至最低程度，制件上的殘留應力可產生變折射現象。 鑄壓成型的改進型活動式型腔壁是一種新技術，其由注射全體制件固化階段通過多孔的金屬型腔壁以“保壓”制件。這種方法已有人稱為外部氣體輔助成型法，其實這是一種誤解，因為氣體并沒有影響塑料熔體在型腔內的流動。在常規的注塑件成型當中，保壓就是在保持型腔體積不變的同時，在壓力流的作用下，添加入更多的塑料。 聯同在型腔內的保壓流形成了不均勻的壓力分布，有可能在受高壓的澆口位置產生制件缺陷。 6. 注塑件模具的冷卻 注塑件模具的冷卻是一項關鍵的工藝技術。大部分的成型周期都是由傳導熱量傳遞過程。能量可從熱的熔體傳遞至冷的注塑件模具上是由于存在溫差所至。注塑件模具壁邊的塑料表皮有效地隔離著芯層，從而使得這種熱傳遞方式非常低效。可是，注塑件模具冷卻通常到設計的最后階段才得以注意。較好的冷卻設計樣式可縮短20%—30%或更短的循環生產時間，并提高勞動生產率。 在生產循環周期中，注塑件模具的表面溫度不斷地“高—低”周期性變化著，當熱的熔體逼壓著模壁時，模溫就高，頂出制件后，下次注射之前，空模腔的模溫就低。為了將冷卻時間縮短至最低限度，人們一直在探求能生產合格制件的最低注塑件模具溫度。模溫所起的重要作用就是影響型腔內的熔體流動以及表皮與芯層之間的尺寸比例大小。模溫越低，表皮尺寸越厚而型腔內壓力下降越大。脈行冷卻技術是在注射塑料進入模腔后，通常采用循環冷卻管內非常凍的冷凍液體來調節冷卻的一項技術。制件頂出后，如果沒有循環，下一次射料熔流進入模腔后，模腔壁的溫度就顯著上升。采用脈行冷卻方式后，其型腔壁溫度將更高，但比常規注塑件模具冷卻方法所探測的溫度稍低。脈行冷卻可廣泛應用于薄壁制件的成型；要求重復精確 表面的制件成型，以及流道深度變化范圍材料突變行為。例如逆滯流動。對于脈行冷卻的加工優勢和其它相關限特性在潛在優點來說，有關脈行冷卻的成本花費是否過高的爭論已顯得不那么重要。 7. 熔芯成型工藝 熔芯成型法是一種比較新的工藝方法，便于加工內部有交叉復雜的渠道、凹槽或切槽的制件。生產管道夾具、泵外殼和體育運動商品等小型制件的生產注塑件加工商們，早在15年以前就開始考慮鑒定是否采用這項工藝了。最近，汽車制造公司已采用該項工藝生產大型零部件，如輕質的動力系統樣件和進氣支管等。這個型芯與常規注塑件模具一樣具有可折將式的型芯功能，設有限定的內腔壁的嵌件型芯。主要區別在于型芯的結構，這種型芯不能在模內拆卸也不能用機械方法抽出到模外。另外，這種型芯若不是由電感加熱熔融掉，如低熔點（138oc）的錫-鉍合金或另外的錫合金，就是在二次操作中被（可溶性丙烯酸類聚合物）行洗掉。這種熔芯成型采用常規的工藝方法，兩者的主要區別在于型芯的熱性能及型腔材料不同。型芯的熱性能直接影響制件上流動表皮-芯層結構的厚度。根據實際加工條件，頂部及底部表皮厚度可大不相同，在某種情況下，可能產生翹曲的缺陷，而另一種情況下，有可能減少或消防易出缺陷制件的翹曲現象。 熔芯成型法當中，型芯僅僅作為模壁。充模過程不因固態嵌件而改變。由于金屬合金型芯或聚合物型芯的熱性能大不一樣，故其所要求的壓力也有所不同。聚合物型芯起到隔絕壁的作用，并且在成型制件中產生非常薄的流體表皮；金屬型芯成為散熱點而在制件上形成相對厚的流體表皮。如果塑料熔體流過時型芯表面已熔化，將產生流動根本性變化。已有報道采用冰條作為型芯。液態薄膜在冰與塑料界面存在著非常復雜的加工問題得以解決之前，這種方法用于高精度制件是切實可行的。 8. 計算機輔助成型 采用計算機輔助工程（cae）對加工設計及分析有助于縮短設計周期并可避免代價昂貴的機械失誤。商業性仿真代碼常用于流道上標明尺寸，以平衡熔料在流道系統及型腔內的流動，同時確定澆口的最佳開設置和澆口的數目。計算注射壓力和合模噸位要根據不同的加工條件和材料而定。收縮率及翹曲率結合初始流向也可準確估算出來。重要的是要使得這種設計工具幫助熟練分析人員在某個設計方案或加工研究時進行判斷的操作。結果必須理解為以研究對象和加工/材料為前提。當考慮采用這種方法準確輸入數據后，可取得巨大的效益。另外，這種分析經濟性可使設計周期更短和所需的生產時間更短。 應該提醒注意的是，商業性的cae程序通常是不可直接使用的。充模仿真可產生有價值的見識，但結果必須重新對其局限性進行重新考慮估計。應用現代計算機進行注塑件成型模擬試驗，僅限于純粘性流體（不包括粘彈性的熔融塑料）。可預測熔體流入型腔的實際流動速率組成結構和性能公布等，如可進行高精度的粘彈性分析。目前所采用的任何其它加工方式都不可能達到這種先進水平，并且最近幾年來，由仿真設備的工業界帶頭者和大學里的研究小組已取得了良好的進展。有幾家公司正在努力探索仿真技術，以求能正確地解釋更多現實的塑性行為和加工現象。例如，聚合物主鏈的取向對局部的物理性能和性能分布的影響。加工物理學是非常復雜的，而某些粘彈性體現象仍然沒有完全弄清楚，更完善合理的加工方式目前正緩慢形成。這些更強的有力的方式將獲得大大超過目前所設計的生產能力。
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