张凯-发泡注塑成型技术介绍

汽车轻量化——发泡注塑成型技术物理发泡（Mucell®）化学发泡反压（CounterPressure）+发泡开模（反压）发泡青岛海信模具有限公司报告人：研究所-徐佳驹2018-7-10化学发泡向熔融树脂中定量注入超临界N2或CO2，通过混合/扩散后形成均相溶液，注射进入到型腔中。由于注射过程中的热力学不稳定性和压力变化，形成大量的气泡核，在填充和冷却过程中，气泡长大并被固定，获得微孔发泡制品。在塑料中加入一定比例的化学发泡剂，然后通过注塑机的料筒熔化后注射入模具，发泡剂在模具约束下阿在塑料内部进行发泡，最终得到内部呈气孔结构、表面呈韧结皮状的塑料制件。物理发泡发泡注塑成型化学发泡剂主要成分NaHCO3ADC（偶氮二甲酰胺）分解气体CO2,H2ON2,CO,CO2,NH3残余固体Na2CO3Biurea联二脲,cyanuricacid氰尿酸转换比26.2%微球发泡化学发泡剂发泡注塑成型技术发泡气体来源1Mucell产品截面图Mucell成型的特点是泡孔直径小(一般在50μm以下)，分布均匀，密度非常高(一般大于109个／cm3)。化学发泡产品截面图化学发泡注塑成型对原材料要求较高，需配合使用发泡专用的高熔体强度PP（同时具有高熔指），泡孔直径可控制在10-100μm。发泡产品截面图硬化层硬化层发泡层普通PP化学发泡，泡孔融合导致尺寸不均，影响强度。发泡注塑成型技术2物理发泡(Mucell®)——成型过程塑化储料过程中，精确计量后的SCF（N2/CO2）通过固定在螺杆上的进气头被注射进聚合物熔体中。在高温高压和特殊设计的螺杆混合下，SCF和聚合如熔体充分混合分散，形成聚合物/SCF均相体系。注射入型腔时，熔体力瞬间降低，气泡开始成核并逐步生长，最终形成均匀闭合气孔结构，并拥有密实皮层。注射压力低；可控的气泡生长可提供保压压力；气泡生长可提供均匀一致的保压压力。N2CO2临界温度-147℃31℃临界压力34Bar71Bar熔体中溶解度~1.5%~6%发泡注塑成型技术3超临界流体控制单元专用螺杆Mucell®注塑设备示意图SCF打气头副泵：主动螺杆位置控制发泡注塑成型技术4大众迈腾手套箱物理发泡产品发泡注塑成型技术5塑胶产品在力学性能基本不变的情况下，可以减重5%~30%。筋厚/主壁厚比值在不大于1的情况下，可以消除表面缩痕。注塑时不使用保压，可以有效降低锁模力，缩短成型周期。内应力减小，制件的变型程度可以减轻25%~75%。塑胶的熔体粘度可以降低，利于填充。提高产品的尺寸精度和稳定性。隔音，隔热。优点：缺点：不论是化学发泡还是物理发泡，其制件表面质量都较差，均有显著的白色放射状流痕。发泡制件表面呈放射状流痕的原因：在注射过程中，料流前锋没有压力，熔胶开始发泡、破裂并随着流动被拉长，形成的一道道放射状流痕。通过在发泡成型过程中增加反压工艺，可以有效解决发泡制件表面的流痕问题，详见下页的介绍。发泡注塑成型技术6反压成型技术（CounterPressure，简称CP）是用压缩气体在熔体注射前预先对模具增压，以确保在型腔充模前持续加压，使熔体压向模具表面。发泡注塑成型技术——反压技术发泡成型气孔疏松强度较低外观银纹流痕等缺陷反压成型（Pg）气孔细密强度高外观质量好目前，反压+发泡注塑主要应用在发泡外观件及对强度要求高的结构件上。为料流前锋提供熔体压力，抑制泡孔长大、破裂，保证产品外观。压缩气体作为恒定的力将材料均匀推向型腔壁，加强对型腔的复制、制件尺寸稳定性好，减小翘曲、凹陷、汇合线和收缩。反压压力可抑制浇口喷射，提升产品外观。反压压力可使流动稳定，抑制虎皮纹产生。7纯发泡制件和反压+发泡制件对比纯发泡注塑成型制件表面质量差反压+发泡注塑成型制件表面质量好发泡注塑成型技术——反压技术8项目传统成型反压+化学发泡效率对比3.5mm壁厚卡车手套箱注射时间(s)440——保压时间(s)120-12100%↓冷却时间(s)30300——生产周期(s)6755-1217%↓制品重量(g)760690-709%↓模具费用($)ABB-A10%↑案例1:卡车手套箱(反压+化学发泡)发泡注塑成型技术——反压技术9发泡注塑成型技术——反压技术案例2:马自达门板（化学发泡+反压）10传统设计物理发泡设计筋厚比0.40.65材料：ABS700-314；壁厚4mm传统注塑工艺物理发泡+反压注塑工艺备注外观好好外观+内部微孔结构重量1052g965g8.3%↓锁模力650T400T节能5~10%模具寿命更长变形1.12mm0.45mm发泡注塑成型技术——反压技术案例3:医疗器械外壳（物理发泡+反压）11Mucell发泡设备反压控制柜我司与山东大学合作成功开发模具型腔压力控制柜，并已应用于发泡成型。Mucell设备+反压技术

800吨微发泡注塑机，配备了美国Trexel公司的原装微发泡设备。发泡注塑成型技术——反压技术12注塑注塑完成后，型芯整体或部分快速后退在物理或化学发泡的基础上，增加型芯后退动作，为发泡提供了空间，可实现20-30%的减重。我司拥有带二次开模功能的KraussMaffei注塑机两台（1300T，2000T）发泡注塑成型技术——开模发泡13化学发泡专用注塑机二次开合模动作模板平行度控制专用螺杆主动螺杆位置控制蓄能器混合料斗模具密封（分型面、滑块、顶块、斜顶、顶杆、镶块）反压进气气路排气气路电子尺产品边缘减薄封料框（不建议）材料高熔体强度PP（HMSPP/EIPP）NaHCO3发泡剂辅机反压控制柜抽真空设备开模化学发泡所需条件发泡注塑成型技术——开模发泡14发泡注塑成型技术——开模发泡封料框结构（与注压相同）分型面密封15P/LP/L

合模状态

一阶段开模发泡状态发泡注塑成型技术——开模发泡产品边缘减薄处理，边缘快速冻结实现封胶.故开模发泡时，产品边缘不会因为分型面闪缝而产生形状变化。16发泡注塑成型技术——开模发泡模具四个角需安装传感器，实时监测开模距离，并将信号反馈给注塑机，注塑机做对应调整，保证模板平行度，即保证产品壁厚均一17发泡注塑成型技术——开模发泡注塑工艺路线①注射冷却无保压合模开模①锁模单元动作：开模②-顶出反压及真空动作：延时反压真空吸气注射单元动作：真空吸气作用：产品填充末端，反压气体需快速排出，若气体未快速排出，会造成产品填充困难且排气不良造成产品缺陷，同时还会末端区域开模发泡程度不均匀，造成壁厚不均，产品表面不平。使用真空泵可加快气体抽出。18发泡注塑成型技术——开模发泡注塑工艺路线②急速注射冷却无保压合模开模①锁模单元动作：开模②-顶出反压及真空动作：真空吸气注射单元动作：急速填充作用：在泡孔长大破裂之前完成填充，明显改善产品表面气痕；快速填充，料流前锋熔体压力可起到反压作用，一直泡孔生成长大。快速填充，减少冻结层厚度，利于发泡。真空吸气作用：由于模具是密封的，快速填充造成困气，必须真空泵可加快气体抽出