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气辅注塑工艺的应用和过程

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一、气辅注塑的原理

利用高压惰性气体(氮气)注射到熔融的塑胶中形成真空截面并推动融料前进,实现注射、保压、冷却等过程。

由于气体具有高效的压力传递性,可使气道内部各处的压力保持一致,因而可消除内部应力,防止产品变形,同时大幅度降低模腔内压力,因此在成型过程中不需要很高的锁模力,还可以减轻产品重量、消除缩痕等。 

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二、气辅设备

气辅设备包括气辅控制单元和氮气发生装置。它是独立于注塑机外的另一套系统,其与注塑机的唯一接口是注射信号连接线。

注塑机将一个注射信号注射开始或螺杆位置传递给气辅控制控制单元之后,便开始一个注气过程,等下一个注射过程开始时给出另一个注射信号,开始另一个循环,如此反复进行。 

气辅注塑所使用的气体必须是惰性气体(通常为氮气),气体最高压为35MPa,特殊者可达70MPa,氮气纯度≥98%。

气辅控制单元是控制注气时间和注气压力的装置,它具有多组气路设计,可同时控制多台注塑机的气辅生产,气辅控制单元设有气体回收功能,尽可能降低气体耗用量。 

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三、气辅工艺控制

  • 注气参数 

气辅控制单元是控制各阶段气体压力大小的装置,气辅参数只有两个值:注气时间(秒)和注气压力(MPa)

气辅注塑过程是在模具内注入塑胶熔体的同时注入高压气体,熔体与气体之间存在着复杂的两相作用,因此工艺参数控制显得相当重要,各参数的控制方法如下:

  • 注射量

气辅注塑是采用所谓的“短射”方法,即先在模腔内注入一定量的料(通常为满射时的70-95%),然后再注入气体,实现全充满过程。

熔胶注射量与模具气道大小及模腔结构关系最大。气道截面越大,气体越易穿透,掏空率越高,适宜于采用较大的“短射率”。这时如果使用过多料量,则很容易发生熔料堆积,料多的地方会出现缩痕。

如果料太少,则会导致吹穿。如果气道与流料方向完全一致,那么最有利于气体的穿透,气道的掏空率最大。因此在模具设计时尽可能将气道与流料方向保持一致。

  • 注射速度及保压

在保证制品表现不出现缺陷的情况下,尽可能使用较高的注射速度,使熔料尽快充填模腔,这时熔料温度仍保持较高,有利于气体的穿透及充模。气体在推动熔料充满模腔后仍保持一定的压力,相当于传统注塑中的保压阶段,因此一般讲气辅注塑工艺可省却用注塑机来保压的过程。

但有些制品由于结构原因仍需使用一定的注塑保压来保证产品表现的质量。但不可使用高的保压,因为保压过高会使气针封死,腔内气体不能回收,开模时极易产生吹爆。保压高亦会使气体穿透受阻,加大注塑保压有可能使制品表现出现更大缩痕。

  • 气体压力及注气速度 

气体压力与材料的流动性关系最大。流动性好的材料(如PP)采用较低的注气压力。

气体压力大,易于穿透,但容易吹穿;气体压力小,可能出现充模不足,填不满或制品表面有缩痕;注气速度高,可在熔料温度较高的情况下充满模腔。对流程长或气道小的模具,提高注气速度有利于熔胶的充模,可改善产品表面的质量,但注气速度太快则有可能出现吹穿,对气道粗大的制品则可能会产生表面流痕、气纹。

  • 延迟时间

延迟时间是注塑机射胶开始到气辅控制单元开始注气时的时间段,可以理解为反映射胶和注气“同步性”的参数。延迟时间短,即在熔胶还处于较高温度的情况下开始注气,显然有利于气体穿透及充模,但延迟时间太短,气体容易发散,掏空形状不佳,掏空率亦不够。 


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四、气辅模具

气辅模具与传统注塑模具无多大差别,只增加了进气元件(称为气针),并增加气道的设计。所谓“气道”可简单理解为气体的通道,即气体进入后所流经的部分,气道有些是制品的一部分,有些是为引导气流而专门设计的胶位。 

气针是气辅模具很关键的部件,它直接影响工艺的稳定和产品质量。气针的核心部分是由众多细小缝隙太大会被熔胶堵塞,出气量反而下降。

五、气体辅助注射成型工艺过程 

气体辅助注射成型的工艺有四个步骤 :

第一步树脂充模:模具部分地被熔体填充。

第二步气体充模:氮气根据要求注入到热的熔体中。气体在高温低压区域流动迅速。气体流动的方向通常是阻力最小的方向。根据设计,气道要放在便于引导气体到低压区域的地方。用压力气体代替的塑件中厚截面处的热熔融物料,用该压力气体来完成塑料的填充;

第三步气体保压:由于熔体和气体共同作用,在模具填充之后,氮气留在塑件的气体流道内,它有足够的压力使塑件压实。随后树脂冷却和收缩,气体压迫到还没有凝固的树脂到收缩造成的空隙中。用保压压力来消除塑件表面上的缩痕,并且保证在下一个成型周期,模具有较好的表面质量,以成型表面质量好的塑件;

第四步气体排出:整个工艺过程中需要的所有气体,有开模之前必须排出。如果没有及时排出压力气体,会使塑件胀大甚至胀破。

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