一種聚合物超臨界微發泡注塑成型方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及塑料加工領域，具體涉及一種聚合物超臨界微發泡注塑成型方法。
【背景技術】
[0002]近年來隨著能源特別是石油的短缺，塑料原料價格不斷上升，因此在保證產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熱點。微發泡注塑成型技術就是在這個背景下所開發和研究的一項新技術。微發泡注塑工藝及其制品有很多優點:微發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。由于采用微發泡注塑成型的塑料制品有諸多的優點，因此該技術被廣泛地應用在家用電器、航空航天、汽車等領域中。
[0003]然而，微發泡注塑成型的聚合物制品也存在一些表面質量問題，制約著該技術的工業應用。這些表面問題包括漩禍狀流痕(Swirl marks)、銀紋(Silver streak)、表面起泡、吹破和表面粗糙度比較大等。當制品外觀要求較高時，微發泡注塑成型技術的應用就受到限制。因此，如何提高微發泡注塑成型制品的表面質量成為一個亟待解決的關鍵問題。
[0004]目前，對微發泡注塑成型工藝研究的一個關鍵點是成型產品表面質量控制。國內外學者們提出了不同的方法來解決微發泡注塑產品表面質量問題，主要工藝方法有型腔背壓技術(Gas Counter Pressure，GCP)、模具快速熱循環技術(Rapid Heat Cycle Molding,RHCM)、模具表面增加絕熱膜技術(Film Insulat1n)、雙料注塑微發泡工藝(Dolphin工藝)等。同時也有學者提出并發展了氣體保壓技術(Gas Counter Pressure)，將RHCM技術與微發泡注塑技術相結合，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泡注塑產品的表面質量問題，但往往工藝復雜、成本較高。
【發明內容】
[0006]本發明針對現有技術存在的不足，提供一種聚合物超臨界微發泡注塑成型方法，該方法突破了現有的解決微發泡注塑成型產品表面質量問題的常規工藝，能夠顯著改善與提高微發泡注塑成型產品的表面質量。
[0007]本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下:
[0008]一種聚合物超臨界微發泡注塑成型方法，包括儲料過程、注射過程、保壓過程、冷卻過程，所述儲料過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料初始階段不注氣，儲料中間階段以一定的注氣壓力注入超臨界氣體，儲料最后階段停止注氣。
[0010]所述儲料中間階段的注氣延時τΑ與注氣時間τ 和小于儲料所需時間τ 10
[0011]所述儲料過程注塑料的塑化量大于制品注塑飽滿所需的塑化量。
[0012]所述儲料過程在注塑機螺桿中進行，所述超臨界氣體為氮氣。
[0013]所述儲料過程背壓18_22Mpa，儲料壓力62_68MPa，塑化速度80g/s，塑化長度50-55_，注氣壓力為160MPa，儲料時間1\為10_12s，注氣延時T八為2_3.2s，注氣時間1\為Is。
[0014]所述注射過程注射壓力為58_62MPa，注射速度為28_32g/s。
[0015]所述冷卻過程冷卻時間1\為30-40s，油溫38-45°C，模具溫度30-40°C。
[0016]本發明的技術方案與現有技術相比，主要有以下有益效果:1.本發明通過對超臨界微發泡注塑工藝中氣體的控制，實現了物理發泡注塑產品表面質量的明顯改善與提高，沒有增加額外的裝置與設備，簡單、實用；2.本發明在超臨界微發泡注塑工藝中采用分段注氣的方法，可以使物理發泡注塑產品的表面質量穩定、可靠，產品芯部的氣泡成核相對穩定；3.本發明提出提供的分段注氣方法不同于目前微發泡產品表面質量改善的主流方法，為微發泡注塑成型工藝提供了新的研究思路。
【附圖說明】
[0017]圖1為實施例一采用本發明超臨界微發泡注塑成型方法制備的啞鈴型樣件示意圖。
【具體實施方式】
[0018]為使本領域技術人員充分理解本發明，下面結合具體實施例及附圖對本發明作進一步說明。
[0019]本發明的聚合物超臨界微發泡注塑成型方法的注塑過程分為儲料、注射、保壓、冷卻四個階段，其中儲料階段又分為儲料初始階段、儲料中間階段和儲料最后階段。本發明通過在儲料階段分段注入超臨界氣體的方法來改善與提高微發泡注塑成型產品的表面質量。在儲料初始階段，關閉注氣閥門不進行注氣，使初始段熔體不含有超臨界氣體；在儲料中間階段以較大的注氣壓力注入超臨界氣體；在儲料最后階段，關閉氣閥，停止注氣。
[0020]儲料初始階段不進行注氣，主要目的是使當前注塑產品初始段螺桿中的熔體不含有超臨界氣體發泡劑。根據注射成型過程熔體的流動規律，初始段熔體形成注射流動前沿，最終形成注塑產品表面。控制初始段熔體不含有超臨界氣體，因而不會因為壓力降而產生氣體形核和長大的現象，從而注塑產品表皮就不會出現氣紋等現象，可極大地提高注塑產品的表面質量。
[0021]儲料中間階段進行注氣，主要原因是根據注塑成型規律注射中間部分的熔體主要形成產品的芯部。通過控制儲料(聚合物的塑化)過程，使得此段熔體含有大量的超臨界氣體，從而注塑產品的芯部有超臨界物理發泡層，實現了產品的輕量化，減少了注塑材料的使用量，節約成本，同時提高產品的力學性能。
[0022]儲料最后階段不進行注氣，主要原因是聚合物塑化最后階段的料主要用于下個注塑產品注射開始段的熔體，主要用于注塑產品的表皮部分的，因此不能含有超臨界氣體。
[0023]在整個儲料階段，聚合物在注塑機螺桿中進行塑化，儲料所需時間為?\，注塑料的塑化量略大于樣件注塑飽滿所需要的塑化量。儲料中間階段進行注氣時，主要是通過注氣延時ΤΑ、注氣時間ΤΒ、注氣壓力Ρ等參數進行控制。注氣時必須滿足注氣延時1\與注氣時間ΤΒ的總和小于儲料時間Τ:，并且注氣時間TB最好遠小于儲料時間T 即wu/a。
[0024]分段注氣微發泡注塑工藝各段時間控制，需根據注塑產品具體參數決定:注塑產品表面積越大，則儲料初始階段不注氣時間應越長，注塑中間階段的氣門關閉時間應以能夠使熔體填充滿整個型腔為準。
[0025]實施例1
[0026]實現本發明聚合物超臨界微發泡注塑成型方法所采用的設備包括注塑機、微發泡注塑控制臺、高壓氣體壓縮機，注塑機為HDX50型塑料注塑機，微發泡注塑控制臺為中拓氣輔，高壓氣體壓縮機型號為GRL-200/350。使用的聚合物為POLYPROPYLENES (PP)系列，牌號為HD601CF，制造商為Borealis Europe (北歐化工)，發泡注入的超臨界氣體為氮氣(N2)。
[0027]整個注塑過程分為儲料、注射、保壓、冷卻四個階段，通過對聚合物儲料(塑化)過程中注入超臨界氣體的控制，實現對注射過程中注射熔體中所含氣體的控制，進而實現冷卻、固化后注塑產品表面質量的控制。
[0028]本實施例中成型的啞鈴型樣件的結構與尺寸為:試樣總長L = 180mm,夾具間的距離H = 120mm，中間平行部分長度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]儲料階段的工藝參數如下:儲料時間1\為10-12s，背壓18_22MPa，儲料壓力62-68MPa，塑化速度80g/s，塑化長度50_55mm。若采用超臨界微發泡不分段注氣工藝注塑成型本實施例中的樣件，使其達到飽滿需要的塑化長度一般為45_左右，即分段注氣時儲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。儲料初始階段不進行注氣，儲料中間階段以160MPa的注氣壓力P注入超臨界氮氣，注氣延時Tj3 2_3.2s，注氣時間1為ls，滿足Ta+T/Tp TB〈〈Tj^前提。儲料最后階段，關閉氣閥停止注氣。
[0030]注射階段注射壓力58-62MPa，注射速度28_32g/s，注射時間1~2為2_5s。注射完成后進行保壓，保壓時間1為2s左右。保壓完成之后進行冷卻，冷卻時間！\為30-40S，油溫38-45 °C，模具溫度 30-40 °C。
【主權項】
1.一種聚合物超臨界微發泡注塑成型方法，包括儲料過程、注射過程、保壓過程、冷卻過程，其特征在于:所述儲料過程分段注入超臨界氣體。2.根據權利要求1所述的一種聚合物超臨界微發泡注塑成型方法，其特征在于:所述分段注入超臨界氣體包括儲料初始階段不注氣，儲料中間階段以一定的注氣壓力注入超臨界氣體，儲料最后階段停止注氣。3.根據權利要求2所述的一種聚合物超臨界微發泡注塑成型方法，其特征在于:所述儲料中間階段的注氣延時τΑ與注氣時間τ 和小于儲料所需時間τ 104.根據權利要求1或2所述的一種聚合物超臨界微發泡注塑成型方法，其特征在于:所述儲料過程注塑料的塑化量大于制品注塑飽滿所需的塑化量。5.根據權利要求1或2所述的一種聚合物超臨界微發泡注塑成型方法，其特征在于:所述儲料過程在注塑機螺桿中進行，所述超臨界氣體為氮氣。6.根據權利要求1或2所述的一種聚合物超臨界微發泡注塑成型方法，其特征在于:所述儲料過程的背壓18-22Mpa，儲料壓力62_68MPa，塑化速度80g/s，塑化長度50_55mm，注氣壓力160MPa，儲料時間1\為10-12s，注氣延時1\為2-3.2s，注氣時間1\為Is。7.根據權利要求1或2所述的一種聚合物超臨界微發泡注塑成型方法，其特征在于:所述注射過程的注射壓力為58-62MPa，注射速度為28_32g/s。8.根據權利要求1或2所述的一種聚合物超臨界微發泡注塑成型方法，其特征在于:所述冷卻過程的冷卻時間！\為30-40s，油溫38-45°C，模具溫度30-40°C。
【專利摘要】本發明涉及一種聚合物超臨界微發泡注塑成型方法，包括儲料過程、注射過程、保壓過程、冷卻過程，其中儲料階段又分為儲料初始階段、儲料中間階段和儲料最后階段。在儲料初始階段關閉注氣閥門不進行注氣，使初始段熔體不含有超臨界氣體；在儲料中間階段以較大的注氣壓力注入超臨界氣體；在儲料最后階段，關閉氣閥停止注氣。所述儲料中間階段的注氣延時TA與注氣時間TB之和小于儲料所需時間T1。本發明提供的分段注氣微發泡注塑方法，明顯改善與提高了物理發泡注塑產品的表面質量，沒有增加額外的裝置與設備，簡單、實用。該方法不同于目前微發泡產品表面質量改善的主流方法，為微發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】CN105252696
【申請號】CN201510809294
【發明人】王輝, 郝旭飛, 相海平, 宋朋舉, 周先, 張澤峰, 趙寧
【申請人】武漢理工大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月20日