结构发泡

塑料注射发泡成型苑会林材料科学与工程学院一、发泡剂简介二、物理发泡简介三、化学发泡简介内容分两部分介绍一、结构发泡分类二、结构发泡的各种工艺三、注塑发泡成型影响因素及应用塑料注射发泡分类简介结构发泡简介先简要介绍注射机再进入内容的介绍2020年5月19日星期二2北京化工大学材料科学与工程学院发泡塑料由于有气泡的存在，因此具有密度低比强度高，能吸收冲击载荷，隔热，隔音及能机械加工性能等优点，其应用范围十分广泛，特别对于大型的厚壁制品，如汽车配件家用电器的外壳塑料板材等，发泡注塑可以节省材料降低成本，因此将会受到广大厂商的欢迎，但由于发泡剂和发泡专用注塑机的技术推广应用还需要时日，目前使用的厂家还比较少，但这在今天已是塑料加工的一个发展方向及热点。注塑发泡成型的应用2020年5月19日星期二3北京化工大学材料科学与工程学院结构发泡包装材料2020年5月19日星期二4北京化工大学材料科学与工程学院注射机的结构2020年5月19日星期二5北京化工大学材料科学与工程学院注射机的主要零部件2020年5月19日星期二6北京化工大学材料科学与工程学院喷嘴结构锁闭式喷嘴2020年5月19日星期二7北京化工大学材料科学与工程学院喷嘴与模具的接触2020年5月19日星期二8北京化工大学材料科学与工程学院第一部分：塑料注塑发泡及其分类简介30年代出现硬质聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫40年代有聚乙烯、聚氯乙烯、环氧树脂、酚醛泡沫50年代则有可发性聚苯乙烯泡沫和软质聚氨酯泡沫。现在，基本上所有的塑料，包括热塑性和热固性的都可以发泡为泡沫塑料。工业上的制备方法有：挤出发泡、注塑发泡、模塑发泡、压延发泡、粉末发泡和喷涂发泡等等。2020年5月19日星期二9北京化工大学材料科学与工程学院一、发泡剂简介物理发泡剂的要求是：无毒、无臭、无腐蚀作用、不燃烧、热稳定性好、气态下不发生化学反应、气态时在塑料熔体中的扩散速度低于在空气中的扩散速度。常用的物理发泡剂有空气、氮气、二氧化碳、碳氢化合物、氟利昂等；化学发泡剂是一种受热能释放出气体诸如氮气、二氧化碳等的物质。化学发泡剂的要求是：其分解释放出的气体应为无毒、无腐蚀性、不燃烧、对制品的成型及物理、化学性能无影响，释放气体的速度应能控制，发泡剂在塑料中应具有良好的分散性。应用比较广泛的有无机发泡剂如碳酸氢钠和碳酸铵，有机发泡剂如偶氮甲酰胺和偶氮二异丁腈。物理发泡法和化学发泡法2020年5月19日星期二10北京化工大学材料科学与工程学院二、物理发泡简介物理发泡一般有三种方法：（1）先将惰性气体在压力下溶于塑料熔体或糊状物中，再经过减压释放出气体，从而在塑料中形成气孔而发泡；（2）通过对溶入聚合物熔体中的低沸点液体进行蒸发使之汽化而发泡；（3）在塑料中添加空心球而形成发泡体而发泡等。物理发泡法所用的物理发泡剂成本相对较低，尤其是二氧化碳和氮气的成本低，又能阻燃、无污染，因此应用价值较高；而且物理发泡剂发泡后无残余物，对发泡塑料性能的影响不大。但是它需要专用的注塑机以及辅助设备，技术难度很大。2020年5月19日星期二11北京化工大学材料科学与工程学院微孔成型的定义：微孔发泡成型属于物理发泡法。常规泡沫塑料的泡孔直径一般大于50μm，泡孔的密度(单位体积内泡孔的数量)小于106个/cm3。这些大尺寸的泡孔受力时常常成为初始裂纹的发源地，降低了材料的机械性能。为了满足工业上要求降低某些塑料产品的成本而不降低其机械性能的要求，20世纪80年代初期，美国麻省理工大学(MIT)的学者J.E.MartiniJ.Colton以及N.P.Suh等以CO2、N2等惰性气体作为发泡剂研制出泡孔直径为微米级的泡沫塑料，并将泡孔直径为1--10μm，泡孔密度为109~1012个/cm3的泡沫塑料定义为微孔塑料。3m塑料的泡沫塑料定义泡沫塑/cm3个1012~109，泡孔密度为10mm~1mm孔直径为级的泡沫塑料，并将泡研制出泡孔直径为制出等惰性气体作为惰性气N2、CO2等以N.P.Suh以及J.ColtoniJ.E.Martin的学者(MIT)工大学年代初期，美国麻省理80世纪20能的要求，成本而不降低其机械性求降低某些塑料产降低能。为。为了满足工业，降低了材料的机械性的发发源力时时常常成为初始裂。这这些大尺寸的泡孔/cm3个106小于)单位体积内泡孔的数量(，泡孔的密度50mm的泡孔直径一般大于发泡法。常规泡沫塑料微孔发孔发泡成型属于3m2020年5月19日星期二12北京化工大学材料科学与工程学院微孔注塑成型•采用该技术的特点是：•●制品重量约减少50％；•●注射压力约降低30~50％；•●锁模力降低20％；•●循环周期减少10~15％；•●采用一套带计量控制装置的气体输入设备。2020年5月19日星期二13北京化工大学材料科学与工程学院微孔注塑成型注射成型是微孔塑料制品的主要成型方法之一。塑料原料加入注塑机的料筒后，在螺杆剪切力及加热圈外加热作用下塑化，发泡剂直接注入注射螺杆熔融段末与熔体均匀混合，然后高压高速注入模腔。在模腔内突然降压，使熔体中大量的过饱和气体离析出来，发泡、膨胀、成型、定型形成微孔塑料制品。另外，也可以采用改变温度的方法形成泡核，与改变压力法相比，比较容易控制，但对于气体溶解度对温度不敏感的塑料不适用。开发微孔塑料注塑技术难度比较大，因为和常规泡沫塑料相比，泡孔的尺寸要小得多，要想得到良好的微孔塑料制品，必须要保证对进入机筒熔体中的超临界流体精确计量，要求塑料熔体必须充分混合、均化、分散，形成均相混合体，保证熔体中的成核点必须多于109个/cm3、及时控制成核气泡的膨胀等等。这对设备本身及注塑工艺参数的要求都非常之高。2020年5月19日星期二14北京化工大学材料科学与工程学院目前微孔发泡工艺是塑料加工中的一种先进的新工艺，世界各国都在研究和开发新的发泡专用设备和发泡剂，在塑料的发泡注塑成型加工中，采用物理发泡法可以得到均匀的微孔发泡制品，不过需要用专用的注塑机和附属设备经压缩后的惰性气体通过专用设备输入到机筒螺杆处，特别设计的螺杆机筒将其均匀地分散到熔融的塑料中，熔料注入模具中减压发泡，也可以通过溶入塑料熔体中的低沸点液体进行蒸发使之汽化而发泡。目前欧美的一些著名塑料机械厂商已经开发出这种注塑机，并在大型塑料件如：汽车配件的生产中开始使用。物理发泡剂的要求无毒无臭无腐蚀作用不燃烧、热稳定性好、气态下不发生化学反应、气态时在塑料熔体中的扩散速度低于在空气中的扩散速度，一般采用二氧化碳、氮气、氟利昂、氯甲烷和戊烷等。微孔发泡法的优点：发泡剂的成本较低，尤其是二氧化碳和氮气发泡后无残余物对发泡塑料的性能影响不大缺点是设备投资大、技术难度大。微孔注塑成型2020年5月19日星期二15北京化工大学材料科学与工程学院三、化学发泡简介化学发泡法是利用化学方法产生气体来使塑料发泡：对加入塑料中的化学发泡剂进行加热使之分解释放出气体而发泡；另外也可以利用各塑料组分之间相互发生化学反应释放出的气体而发泡。采用化学发泡剂进行发泡塑料注塑的工艺基本上与一般的注塑工艺相同。塑料的加热升温、混合、塑化及大部分的发泡膨胀都是在注塑机中完成的。由于结构发泡是被应用最多的一种工艺，所以下一部分将重点介绍化学发泡中的结构发泡2020年5月19日星期二16北京化工大学材料科学与工程学院第二部分：结构发泡简介采用结构发泡法是将发泡剂加入塑料原料中造粒，利用化学方法产生气体使塑料发泡在塑料中加入化学发泡剂，加热时分解释放出气体而发泡，也可以利用各塑料组份之间发生化学反应释放出气体而发泡。化学发泡剂的要求其分解释放出的气体应为无毒、无腐蚀性、不燃烧、对制品的成型及物理化学性能无影响、释放气体的速度应能控制发泡剂在塑料中应具有良好的分散性，一般采用无机发泡剂，有碳酸氢钠和碳酸铵，有机发泡剂有偶氮甲酰胺和偶氮二异丁腈。结构发泡法的特点：发泡剂加入塑料中在机筒内与塑料一起塑化发泡，不需增加设备，射嘴采用自锁式射嘴，用普通的注塑机便可以生产。下面重点介绍一下塑料的结构发泡注塑成型的类型、加工工艺及其应用。2020年5月19日星期二17北京化工大学材料科学与工程学院一、结构发泡工艺分类近年来，结构发泡注塑成型技术得到了很广泛的发展，成型方法也很多，但归纳起来可以分为三种：低压发泡法；高压发泡法（注：此处的低压和高压指模具模腔内的压力）；双组分发泡法，另外还有一种不常用的反压发泡法，这里主要对前三种进行介绍。2020年5月19日星期二18北京化工大学材料科学与工程学院2.1.1低压发泡法低压发泡法注塑与普通注塑的区别是其模具的模腔压力较低约2-7MPa，而普通注塑则为30-60MPa。低压发泡注塑一般采用欠注法即将定量不能注满模腔的熔料注入模腔发泡剂分解出来的气体使塑料膨胀而充满模腔。在普通注塑机上进行低压发泡注塑一般是将化学发泡剂与塑料混合在机筒内塑化必须采用自锁射嘴注射时由于气体的扩散速度很快会造成制品的表面粗糙，因此注塑机的注射速度要足够快，一般采用增压器来提高注射速度和注射量，使注射能在瞬间完成。低压发泡法注塑的特点：可生产大型较厚的制品，制品的表面致密，其表面可以印刷或涂层，模腔压力小，合模力小，生产成本低，缺点是表面光洁度较差，可以通过提高模具的温度来改善。二、结构发泡工艺简介2020年5月19日星期二19北京化工大学材料科学与工程学院低压注射成型图示2020年5月19日星期二20北京化工大学材料科学与工程学院2.1.2高压发泡法高压发泡法的注塑模腔压力为7-15MPa。采用满注方式为了得到发泡可以扩大模腔或者使一部分塑料分流出模腔。采用扩大模腔法的注塑机与普通注塑机比较增加了二次合模保压装置，当塑料和发泡剂的熔融混合物被注入到模腔后延时一段时间合模机构的动模板向后移动一小段距离，使模具的动模和定模稍为分开模腔，扩大模腔内的塑料开始发泡膨胀，制品冷却后在其表面形成致密的表皮。由于塑料熔体的发泡膨胀受到动模板的控制，因此，也就可以对制品的致密表层的厚度进行控制。动模板的移动可以是整体移动也可以是部分移动，使局部发泡从而得到不同密度的制品。高压发泡法注塑的优点：制品表面平整清晰、能体现出模腔内的细小形状。缺点：模具的制造精度要求高，模具费用高，对注塑机的二次锁模保压的要求高。2020年5月19日星期二21北京化工大学材料科学与工程学院2.1.3双组份发泡法双组份发泡注塑是一种特殊的高压发泡注塑，它采用专门的注塑机。这种注塑机有两套注射装置，一套注塑制品的表层，另一套注塑制品的芯部，不同配方的塑料分别通过这两个注塑装置，按一定的程序先后注入到同一套模具的模腔，从而得到具有致密的表层和发泡的芯部的轻质制品。双组份发泡注塑通常有以下两种情况：一种是表层塑料A和芯部塑料B是同一种塑料，B种含有发泡剂；另一种是A和B是不同一类塑料，但能很好粘合在一起，A中含有纤维类的增强材料，B中含有发泡剂和填充料，注塑过程为先注A一部分料入模腔，再由另一装置注B入模腔，B将A推向模腔的边缘但不将A冲破。注满模腔后再补注一定数量的A，以清洗流道中的B，以避免在浇口处有B的发泡结构而影响外观和防止B料进入下次注射的A料中而形成表层。发泡模腔被注满后延时一段时间动模开启一定的距离以控制塑料B的发泡，在注塑过程中必须控制好塑料熔体的温度、模具的温度、注射速度、注射压力等因素以保证B料能顺利将A料推向模腔的边缘而形成均匀的表层，但不会冲破它。2020年5月19日星期二22北京化工大学材料科学与工程学院双组份发泡注塑制品的特点有：具有较大的挠曲刚性，厚壁制品的表面质量较好，不会产生凹痕，芯部材料可以采用较便宜的材料，可以降低制品的成本，制品的表面光洁度较高。2020年5月19日星期二23北京化工大学材料科学与工程学院2.1.4反压发泡法反压发泡注塑是在注射之前用高压气体如空气或惰性气体将模具的模腔充满。注射时阻止塑料发泡膨胀以得到致密的表层。采用欠注法注射一定的熔料后把气体排出，使塑料膨胀而充满整个模腔。反压注塑法的优点是：制品的表面光洁度较好，表层的组织比较均匀致密；缺点是需要增加一套气