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光泡系統(tǒng)的注塑技術(shù)突破
- 評論：0 瀏覽：1644 發(fā)布時間：2006/7/14
多數(shù)結(jié)構(gòu)性泡沫注塑技術(shù)應(yīng)用了物理性發(fā)泡劑，需要專為此目的而制造的專用機(jī)器。此原因常常是因為需要為注塑機(jī)使用加長的塑化裝置，以及修正的液壓系統(tǒng)或控制系統(tǒng)。改造一臺現(xiàn)有的機(jī)器是不可能的，或者就是太復(fù)雜和費錢的。
Sulzer化學(xué)技術(shù)公司提供一種具有“光泡（Optifoam）”技術(shù)的新方法。該技術(shù)的核心是裝在傳統(tǒng)注射裝置末端的注嘴。依靠這個注嘴，在注射時發(fā)泡劑被引入到聚合物熔體中。兩種成分在靜態(tài)混合器內(nèi)經(jīng)歷劇烈的混合。通常，注塑過程中的混合時間極短，但引入了氣體的新方法能實現(xiàn)可靠的混合。
圖1：注嘴和靜態(tài)混合器是光泡系統(tǒng)的重要組成
光泡的原理
傳統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用一個或更多的注射器，它引入適當(dāng)量的發(fā)泡劑，但只是以局部的方式這樣做的。這就需要利用專用的特長型螺桿，達(dá)10D長，具有顯著的混合區(qū)段。但是即使是這樣的辦法也只能在有限的程度上對軸向向心偏差進(jìn)行補(bǔ)償。
Sulzer的光泡系統(tǒng)以德國亞琛大學(xué)塑料加工研究所（IKV）進(jìn)行的研發(fā)為基礎(chǔ)，造就了將物理發(fā)泡劑注入聚合物熔體的新概念。其注嘴的概念的首次提出是在2000年，屬Sulzer化學(xué)技術(shù)公司獨家使用，已經(jīng)在Sulzer與IKV的合作下得到進(jìn)一步的發(fā)展。
為了能用上現(xiàn)有的機(jī)器，短小緊湊的設(shè)計是必不可少的。通過將注射時氣體與熔體之間的接觸表面最大化，光泡系統(tǒng)能實現(xiàn)這個目的 ：魚雷芯(圖1)將注嘴內(nèi)熔體形成為環(huán)狀流體。這產(chǎn)生出與螺紋相比有著明顯增長的表面積/體積之比率。素?zé)饘購膬?nèi)外都對環(huán)狀流體進(jìn)行限制。注射過程中，通過注嘴壁和魚雷來引入發(fā)泡劑。因為是從兩側(cè)來裝熔體，環(huán)狀流道的高度小，所以已經(jīng)在這個位置獲得了狹窄的向心分布。
熔體質(zhì)量提高
在靜態(tài)混合器中，聚合發(fā)泡劑系統(tǒng)被弄均勻。這種混合器包含了許多相互間位置垂直的元件（圖2）。每個元件具有熔體被分隔和改變方向的交叉筋條。形成大的接觸面的原理也是在連續(xù)的方式下實現(xiàn)的。這種安排促進(jìn)了互混。
除了物理性均勻化以外，靜態(tài)混合器在熔體溫度分布方面形成不錯的效果。元件數(shù)量增多，這種分布變得更窄，而剪切要比在螺桿中碰到的剪切小得多。一致的熔體溫度對于后面的發(fā)泡是特別重要的，因為它直接影響著成核和微孔的發(fā)展。為此，對于具有統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的高品質(zhì)泡沫的形成來說，物理上和溫度上的均勻是重要的必要條件。
圖2：混合性能首先受到混合元件數(shù)量的影響
以對注塑中可發(fā)現(xiàn)的片狀流體進(jìn)行試驗的數(shù)據(jù)和模擬計算為基礎(chǔ)，可以預(yù)先確定同等化過程（圖3）。以這種方式，針對每種特定用途均可設(shè)計出靜態(tài)混合器。這種設(shè)計的重要限制條件包括了筋條與元件的數(shù)量，以及混合器的口徑。
注嘴與混合器緊密配合
圖3：為設(shè)計出以用途為基礎(chǔ)的靜態(tài)混合器，Sulzer應(yīng)用了計算性動態(tài)流體方法
光泡系統(tǒng)主要由以下組成：
◆ 將發(fā)泡劑引入熔體中的注嘴
◆ 使熔體均勻的靜態(tài)混合器
這兩種部件是互相緊密配合的。 三種基本規(guī)格涵蓋了注射量從幾克到超過一公斤的寬幅系列。圖4顯示的是中等規(guī)格的光泡系統(tǒng)，具有加熱圈和壓力感應(yīng)器等周邊元件。一個針式截斷注嘴把此系統(tǒng)保持在壓力之下。如果有需要，此注嘴可以裝備上限位開關(guān)，并聯(lián)接到注塑機(jī)的安全系統(tǒng)之中。
裝有比例閥和流體感應(yīng)器的計量工位在高壓下供應(yīng)精確數(shù)量的發(fā)泡劑(圖5)。Sulzer公司通過與Maximator公司和IKV的密切合作，開發(fā)出了專用于光泡系統(tǒng)的工位。必要的操作控制也被融合到此工位中。這些控制提供了與注塑循環(huán)的同步，如有要求，還可激活針式截斷注嘴，并把多余的加熱電路結(jié)合起來。
圖4：帶周邊元件的光泡系統(tǒng)
材料、工藝和模具的相互作用
如果為傳統(tǒng)注塑而設(shè)計的塑件被發(fā)泡塑件所直接替代，就經(jīng)常會有物理性能的損失。在一定條件下，有必要修改塑件和模具式樣。在一些情況里，整個生產(chǎn)過程的持久優(yōu)化代表著獲得滿意結(jié)果的唯一可能性�？恐糠N發(fā)泡成型技術(shù)，在模具內(nèi)進(jìn)行發(fā)泡。相應(yīng)地，模具的設(shè)計對于結(jié)果有著決定性的重要性。材料的流動性能、塑件的式樣（壁厚、增強(qiáng)筋等），以及澆口大小和位置決定著所產(chǎn)生泡沫的性能。模內(nèi)溫度的均勻分布比傳統(tǒng)注塑時還要重要，目的是確保微孔的快速穩(wěn)定，防止塑件從模內(nèi)取出后的發(fā)泡。
原則上，每種聚合物都能被加工成發(fā)泡件。但是所需努力可能差別巨大�；A(chǔ)聚合物的粘度和表面張力不僅影響著裝載和混合過程，也影響著隨后的泡沫形成和穩(wěn)定。纖維和成核劑等顆粒填充物會大大降低優(yōu)化程度。
圖5：所有必要的附屬件都被集合到氣體計量工作臺中。
二氧化碳和氮氣都能被加工。計量周期與注塑機(jī)同步
在瑞士日內(nèi)瓦杜邦歐洲技術(shù)中心進(jìn)行的試驗顯示出這樣的材料優(yōu)化的效果（圖6為塑件截面和顯微圖）。不用任何添加劑對PBT進(jìn)行處理。因為這種材料極為適合于發(fā)泡，有可能利用氮氣作為發(fā)泡劑，以很少的功夫而獲得很統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)。為了使物理性能損失量保持在限度之內(nèi)，密度降低被控制在10％以內(nèi)。
通過工藝與合適材料的選擇，必要的措施已被采取。但是模具起著重要的作用，因為它決定著塑件的最終性能。原則上，成型發(fā)泡件能取代現(xiàn)有的傳統(tǒng)塑件。然而這樣的取代可能不只是產(chǎn)生物理性能的降低。在很多情況下，發(fā)泡成型形成表面質(zhì)量降低的塑件，所以必須采取額外的措施。
圖6：微孔泡沫結(jié)構(gòu)
除了上述的步驟以外，調(diào)整模具也能起到作用。圖7顯示了一個成功案例分析結(jié)果，通過對澆口形狀和類型的系統(tǒng)修正，影響聚合/發(fā)泡劑系統(tǒng)的發(fā)泡。以前述的良好試驗結(jié)果為基礎(chǔ)，箱式模具被制出用于低壓工藝中，也就是部分填充和隨后的泡沫自由膨脹。在這里，重量減輕也被控制到10％以內(nèi)。澆口的優(yōu)化能成型出具有獨特表面質(zhì)量的塑件。
花最少功夫的改造
圖7：模具與材料優(yōu)化的修正能使發(fā)泡成型實現(xiàn)高品質(zhì)的表面
合適的設(shè)備能決定性地改善每種應(yīng)用了發(fā)泡的最終產(chǎn)品。光泡系統(tǒng)不只是提供最大的靈活性，還有常與結(jié)構(gòu)性泡沫注塑有關(guān)的所有優(yōu)點。可以針對現(xiàn)有注塑機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行改造，所以只要做一點點調(diào)整，加工者就能在傳統(tǒng)成型與發(fā)泡成型之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
光泡技術(shù)雖然給加工商們帶來益處，但仍只是剛剛起步。根據(jù)塑件要滿足的要求，加工商必須考慮整個生產(chǎn)過程，從樹脂與添加劑的選擇開始，接著是塑件與模具的設(shè)計，最后是工藝優(yōu)化。忽視工藝過程的任何方面，都可能導(dǎo)致不如人意的后果。
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