一種聚合物超臨界微發(fā)泡注塑成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及塑料加工領(lǐng)域，具體涉及一種聚合物超臨界微發(fā)泡注塑成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)隨著能源特別是石油的短缺，塑料原料價(jià)格不斷上升，因此在保證產(chǎn)品性能的前提下如何減少塑料原料用量是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。微發(fā)泡注塑成型技術(shù)就是在這個(gè)背景下所開發(fā)和研究的一項(xiàng)新技術(shù)。微發(fā)泡注塑工藝及其制品有很多優(yōu)點(diǎn):微發(fā)泡注塑工藝能減小熔融物料黏度、降低加工溫度、減小加工周期和保壓壓力，微發(fā)泡注塑制品能夠消除制品縮痕，減小制品重量、收縮和尺寸變化。由于采用微發(fā)泡注塑成型的塑料制品有諸多的優(yōu)點(diǎn)，因此該技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在家用電器、航空航天、汽車等領(lǐng)域中。
[0003]然而，微發(fā)泡注塑成型的聚合物制品也存在一些表面質(zhì)量問(wèn)題，制約著該技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。這些表面問(wèn)題包括漩禍狀流痕(Swirl marks)、銀紋(Silver streak)、表面起泡、吹破和表面粗糙度比較大等。當(dāng)制品外觀要求較高時(shí)，微發(fā)泡注塑成型技術(shù)的應(yīng)用就受到限制。因此，如何提高微發(fā)泡注塑成型制品的表面質(zhì)量成為一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
[0004]目前，對(duì)微發(fā)泡注塑成型工藝研究的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是成型產(chǎn)品表面質(zhì)量控制。國(guó)內(nèi)外學(xué)者們提出了不同的方法來(lái)解決微發(fā)泡注塑產(chǎn)品表面質(zhì)量問(wèn)題，主要工藝方法有型腔背壓技術(shù)(Gas Counter Pressure，GCP)、模具快速熱循環(huán)技術(shù)(Rapid Heat Cycle Molding,RHCM)、模具表面增加絕熱膜技術(shù)(Film Insulat1n)、雙料注塑微發(fā)泡工藝(Dolphin工藝)等。同時(shí)也有學(xué)者提出并發(fā)展了氣體保壓技術(shù)(Gas Counter Pressure)，將RHCM技術(shù)與微發(fā)泡注塑技術(shù)相結(jié)合，制備高光亮制品；在模具表面貼一層熱絕緣薄膜(FilmInsulat1n)，制備低表面粗糙度的制品。
[0005]盡管這些方法在一定程度上能解決微發(fā)泡注塑產(chǎn)品的表面質(zhì)量問(wèn)題，但往往工藝復(fù)雜、成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種聚合物超臨界微發(fā)泡注塑成型方法，該方法突破了現(xiàn)有的解決微發(fā)泡注塑成型產(chǎn)品表面質(zhì)量問(wèn)題的常規(guī)工藝，能夠顯著改善與提高微發(fā)泡注塑成型產(chǎn)品的表面質(zhì)量。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種聚合物超臨界微發(fā)泡注塑成型方法，包括儲(chǔ)料過(guò)程、注射過(guò)程、保壓過(guò)程、冷卻過(guò)程，所述儲(chǔ)料過(guò)程分段注入超臨界氣體。
[0009]所述分段注入超臨界氣體包括儲(chǔ)料初始階段不注氣，儲(chǔ)料中間階段以一定的注氣壓力注入超臨界氣體，儲(chǔ)料最后階段停止注氣。
[0010]所述儲(chǔ)料中間階段的注氣延時(shí)τΑ與注氣時(shí)間τ 和小于儲(chǔ)料所需時(shí)間τ 10
[0011]所述儲(chǔ)料過(guò)程注塑料的塑化量大于制品注塑飽滿所需的塑化量。
[0012]所述儲(chǔ)料過(guò)程在注塑機(jī)螺桿中進(jìn)行，所述超臨界氣體為氮?dú)狻?br>[0013]所述儲(chǔ)料過(guò)程背壓18_22Mpa，儲(chǔ)料壓力62_68MPa，塑化速度80g/s，塑化長(zhǎng)度50-55_，注氣壓力為160MPa，儲(chǔ)料時(shí)間1\為10_12s，注氣延時(shí)T八為2_3.2s，注氣時(shí)間1\為Is。
[0014]所述注射過(guò)程注射壓力為58_62MPa，注射速度為28_32g/s。
[0015]所述冷卻過(guò)程冷卻時(shí)間1\為30-40s，油溫38-45°C，模具溫度30-40°C。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要有以下有益效果:1.本發(fā)明通過(guò)對(duì)超臨界微發(fā)泡注塑工藝中氣體的控制，實(shí)現(xiàn)了物理發(fā)泡注塑產(chǎn)品表面質(zhì)量的明顯改善與提高，沒(méi)有增加額外的裝置與設(shè)備，簡(jiǎn)單、實(shí)用；2.本發(fā)明在超臨界微發(fā)泡注塑工藝中采用分段注氣的方法，可以使物理發(fā)泡注塑產(chǎn)品的表面質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，產(chǎn)品芯部的氣泡成核相對(duì)穩(wěn)定；3.本發(fā)明提出提供的分段注氣方法不同于目前微發(fā)泡產(chǎn)品表面質(zhì)量改善的主流方法，為微發(fā)泡注塑成型工藝提供了新的研究思路。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為實(shí)施例一采用本發(fā)明超臨界微發(fā)泡注塑成型方法制備的啞鈴型樣件示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員充分理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019]本發(fā)明的聚合物超臨界微發(fā)泡注塑成型方法的注塑過(guò)程分為儲(chǔ)料、注射、保壓、冷卻四個(gè)階段，其中儲(chǔ)料階段又分為儲(chǔ)料初始階段、儲(chǔ)料中間階段和儲(chǔ)料最后階段。本發(fā)明通過(guò)在儲(chǔ)料階段分段注入超臨界氣體的方法來(lái)改善與提高微發(fā)泡注塑成型產(chǎn)品的表面質(zhì)量。在儲(chǔ)料初始階段，關(guān)閉注氣閥門不進(jìn)行注氣，使初始段熔體不含有超臨界氣體；在儲(chǔ)料中間階段以較大的注氣壓力注入超臨界氣體；在儲(chǔ)料最后階段，關(guān)閉氣閥，停止注氣。
[0020]儲(chǔ)料初始階段不進(jìn)行注氣，主要目的是使當(dāng)前注塑產(chǎn)品初始段螺桿中的熔體不含有超臨界氣體發(fā)泡劑。根據(jù)注射成型過(guò)程熔體的流動(dòng)規(guī)律，初始段熔體形成注射流動(dòng)前沿，最終形成注塑產(chǎn)品表面。控制初始段熔體不含有超臨界氣體，因而不會(huì)因?yàn)閴毫刀a(chǎn)生氣體形核和長(zhǎng)大的現(xiàn)象，從而注塑產(chǎn)品表皮就不會(huì)出現(xiàn)氣紋等現(xiàn)象，可極大地提高注塑產(chǎn)品的表面質(zhì)量。
[0021]儲(chǔ)料中間階段進(jìn)行注氣，主要原因是根據(jù)注塑成型規(guī)律注射中間部分的熔體主要形成產(chǎn)品的芯部。通過(guò)控制儲(chǔ)料(聚合物的塑化)過(guò)程，使得此段熔體含有大量的超臨界氣體，從而注塑產(chǎn)品的芯部有超臨界物理發(fā)泡層，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的輕量化，減少了注塑材料的使用量，節(jié)約成本，同時(shí)提高產(chǎn)品的力學(xué)性能。
[0022]儲(chǔ)料最后階段不進(jìn)行注氣，主要原因是聚合物塑化最后階段的料主要用于下個(gè)注塑產(chǎn)品注射開始段的熔體，主要用于注塑產(chǎn)品的表皮部分的，因此不能含有超臨界氣體。
[0023]在整個(gè)儲(chǔ)料階段，聚合物在注塑機(jī)螺桿中進(jìn)行塑化，儲(chǔ)料所需時(shí)間為?\，注塑料的塑化量略大于樣件注塑飽滿所需要的塑化量。儲(chǔ)料中間階段進(jìn)行注氣時(shí)，主要是通過(guò)注氣延時(shí)ΤΑ、注氣時(shí)間ΤΒ、注氣壓力Ρ等參數(shù)進(jìn)行控制。注氣時(shí)必須滿足注氣延時(shí)1\與注氣時(shí)間ΤΒ的總和小于儲(chǔ)料時(shí)間Τ:，并且注氣時(shí)間TB最好遠(yuǎn)小于儲(chǔ)料時(shí)間T 即wu/a。
[0024]分段注氣微發(fā)泡注塑工藝各段時(shí)間控制，需根據(jù)注塑產(chǎn)品具體參數(shù)決定:注塑產(chǎn)品表面積越大，則儲(chǔ)料初始階段不注氣時(shí)間應(yīng)越長(zhǎng)，注塑中間階段的氣門關(guān)閉時(shí)間應(yīng)以能夠使熔體填充滿整個(gè)型腔為準(zhǔn)。
[0025]實(shí)施例1
[0026]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明聚合物超臨界微發(fā)泡注塑成型方法所采用的設(shè)備包括注塑機(jī)、微發(fā)泡注塑控制臺(tái)、高壓氣體壓縮機(jī)，注塑機(jī)為HDX50型塑料注塑機(jī)，微發(fā)泡注塑控制臺(tái)為中拓氣輔，高壓氣體壓縮機(jī)型號(hào)為GRL-200/350。使用的聚合物為POLYPROPYLENES (PP)系列，牌號(hào)為HD601CF，制造商為Borealis Europe (北歐化工)，發(fā)泡注入的超臨界氣體為氮?dú)?N2)。
[0027]整個(gè)注塑過(guò)程分為儲(chǔ)料、注射、保壓、冷卻四個(gè)階段，通過(guò)對(duì)聚合物儲(chǔ)料(塑化)過(guò)程中注入超臨界氣體的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)注射過(guò)程中注射熔體中所含氣體的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)冷卻、固化后注塑產(chǎn)品表面質(zhì)量的控制。
[0028]本實(shí)施例中成型的啞鈴型樣件的結(jié)構(gòu)與尺寸為:試樣總長(zhǎng)L = 180mm,夾具間的距離H = 120mm，中間平行部分長(zhǎng)度C = 80mm，端部的厚度W = 40mm，中間平行部分寬度b =20mm，樣件厚度5mm。
[0029]儲(chǔ)料階段的工藝參數(shù)如下:儲(chǔ)料時(shí)間1\為10-12s，背壓18_22MPa，儲(chǔ)料壓力62-68MPa，塑化速度80g/s，塑化長(zhǎng)度50_55mm。若采用超臨界微發(fā)泡不分段注氣工藝注塑成型本實(shí)施例中的樣件，使其達(dá)到飽滿需要的塑化長(zhǎng)度一般為45_左右，即分段注氣時(shí)儲(chǔ)料階段注塑料的塑化量需要略大于樣件注塑飽滿所需要的塑化量。儲(chǔ)料初始階段不進(jìn)行注氣，儲(chǔ)料中間階段以160MPa的注氣壓力P注入超臨界氮?dú)?，注氣延時(shí)Tj3 2_3.2s，注氣時(shí)間1為ls，滿足Ta+T/Tp TB〈〈Tj^前提。儲(chǔ)料最后階段，關(guān)閉氣閥停止注氣。
[0030]注射階段注射壓力58-62MPa，注射速度28_32g/s，注射時(shí)間1~2為2_5s。注射完成后進(jìn)行保壓，保壓時(shí)間1為2s左右。保壓完成之后進(jìn)行冷卻，冷卻時(shí)間！\為30-40S，油溫38-45 °C，模具溫度 30-40 °C。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種聚合物超臨界微發(fā)泡注塑成型方法，包括儲(chǔ)料過(guò)程、注射過(guò)程、保壓過(guò)程、冷卻過(guò)程，其特征在于:所述儲(chǔ)料過(guò)程分段注入超臨界氣體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚合物超臨界微發(fā)泡注塑成型方法，其特征在于:所述分段注入超臨界氣體包括儲(chǔ)料初始階段不注氣，儲(chǔ)料中間階段以一定的注氣壓力注入超臨界氣體，儲(chǔ)料最后階段停止注氣。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種聚合物超臨界微發(fā)泡注塑成型方法，其特征在于:所述儲(chǔ)料中間階段的注氣延時(shí)τΑ與注氣時(shí)間τ 和小于儲(chǔ)料所需時(shí)間τ 104.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聚合物超臨界微發(fā)泡注塑成型方法，其特征在于:所述儲(chǔ)料過(guò)程注塑料的塑化量大于制品注塑飽滿所需的塑化量。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聚合物超臨界微發(fā)泡注塑成型方法，其特征在于:所述儲(chǔ)料過(guò)程在注塑機(jī)螺桿中進(jìn)行，所述超臨界氣體為氮?dú)狻?.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聚合物超臨界微發(fā)泡注塑成型方法，其特征在于:所述儲(chǔ)料過(guò)程的背壓18-22Mpa，儲(chǔ)料壓力62_68MPa，塑化速度80g/s，塑化長(zhǎng)度50_55mm，注氣壓力160MPa，儲(chǔ)料時(shí)間1\為10-12s，注氣延時(shí)1\為2-3.2s，注氣時(shí)間1\為Is。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聚合物超臨界微發(fā)泡注塑成型方法，其特征在于:所述注射過(guò)程的注射壓力為58-62MPa，注射速度為28_32g/s。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聚合物超臨界微發(fā)泡注塑成型方法，其特征在于:所述冷卻過(guò)程的冷卻時(shí)間！\為30-40s，油溫38-45°C，模具溫度30-40°C。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種聚合物超臨界微發(fā)泡注塑成型方法，包括儲(chǔ)料過(guò)程、注射過(guò)程、保壓過(guò)程、冷卻過(guò)程，其中儲(chǔ)料階段又分為儲(chǔ)料初始階段、儲(chǔ)料中間階段和儲(chǔ)料最后階段。在儲(chǔ)料初始階段關(guān)閉注氣閥門不進(jìn)行注氣，使初始段熔體不含有超臨界氣體；在儲(chǔ)料中間階段以較大的注氣壓力注入超臨界氣體；在儲(chǔ)料最后階段，關(guān)閉氣閥停止注氣。所述儲(chǔ)料中間階段的注氣延時(shí)TA與注氣時(shí)間TB之和小于儲(chǔ)料所需時(shí)間T1。本發(fā)明提供的分段注氣微發(fā)泡注塑方法，明顯改善與提高了物理發(fā)泡注塑產(chǎn)品的表面質(zhì)量，沒(méi)有增加額外的裝置與設(shè)備，簡(jiǎn)單、實(shí)用。該方法不同于目前微發(fā)泡產(chǎn)品表面質(zhì)量改善的主流方法，為微發(fā)泡注塑成型工藝提供了新的研究思路。
【IPC分類】B29C45/78, B29C44/60, B29C44/34, B29C45/17, B29C44/02, B29C45/76
【公開號(hào)】CN105252696
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510809294
【發(fā)明人】王輝, 郝旭飛, 相海平, 宋朋舉, 周先, 張澤峰, 趙寧
【申請(qǐng)人】武漢理工大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年11月20日