全球注塑领军企业：发泡注塑2.0，你out了吗？
↑ 轻量化结构这一趋势，席卷了物资生产的所有领域。塑料之所以在轻量化领域中占据关键地位，这是因为其自身性能，可在相当大程度上降低元件重量。采用诸如发泡注塑这样的发泡加工工艺，可进一步提升塑料元件的轻量化结构潜能。
发泡注塑系统的主要原理是在塑化过程中，产生最大可能的均质分散聚合物-气体的解决方案。所有供应商采用的技术虽然基本相似，但在具体实施细节上却存在差异。
在注塑发泡过程中，气体和聚合物以一定的比例混合，产品的均匀性主要包括气体的比例，气孔的大小分布以及缺陷问题等。因此，保证稳定的气压，聚合物的熔融情况等是产品稳定的必要条件。
以Cellmould技术为例：Cellmould技术的独特之处是其安装在螺杆上的圆柱形屏障，将塑化区域与充气区域独立开来，并且还可以选择增加套管止回阀。两部止回阀根据指定运营条件来完美配合、稳定运行。螺杆上塑化和充气区域之间的屏障有多种型号可供选用，因此磨损可以忽略不计，塑化区域的气密性也不会降低。
在塑化单元的混合区域，液氮（压力高达300bar）通过注入端口计量进入塑料熔体。在螺杆的混合区域，熔体流分流成大量独立的细流，加剧了液氮的分布（见图1）。在塑化和充气加工环节中，会有针阀喷嘴保持熔体缸关闭，熔体/气体混合物在熔体缸内得以维持压力，因此在混合加工的末端会有段单相聚合物气体解决方案。由于进入模腔的过程中存在压力损耗，塑料熔体中气体的溶解度会被降低。稠密分布的气体会在熔体中成核，从而形成类似细孔发泡结构的产生条件。
发泡结构品质是否合格，依赖于注塑加工的加工条件，这包括塑料熔体黏度、注入速度（速度越高，发泡质量越高），特别是设定的发泡率（材料减少量）。后者通过相应的下部给料进入安装好的模腔来设定，或者通过完全填充模腔,随后模腔通过预先设定的精准行程打开。注入增压器是Cellmould组件中不可或缺的一部分（见图2），用以达到均质发泡分布所需要的高注入速度。
惰性气体可由增压器提供，或者由氮气发生器抽取环境空气产生。不论用何种方式，气体随后都会通过压力发生器进入气体注入端口，按照设计，一部供气组件可同时供给若干设备（见图3）。在供压组件和塑化缸的气体注入端口之间有气体控制模块，整合的阀门系统和相关的气流率都可通过Cellmould加工处理软件加以操控。相应的设备亦可适用于整个Wittmann Battenfeld设备系列。
二、高压发泡注塑及其优势
当注入模腔内时，由于塑料熔体逐渐接触冷却模腔表面，会即时增加黏度，因而熔体外表面的发泡会受到相当大程度的抑制，反之亦然，较热的内芯区域利于发泡结构的形成。由此产生出由高密度外层和内芯组成的三明治结构元件，其内芯比重比外层低5到20%。
对于所有传统塑料级而言，元件密度的降低量与流道/壁厚比率成正比。以PP加工为例，比率为100:1时，密度降低15%，而当比率150:1时，密度可能降低10%。回复“PP”查看更多
高压发泡除了可以加快速度，减少发泡注塑周期时间；还可以最大限度的减小塑料制品外层低发泡的厚度。这样，既增加了机器的生产效率，又能减少每件制品的原料用量！
除了可减少重量，高压发泡注塑还有助于提升元件质量；特别是均质发泡内芯的膨胀压力，会补偿收缩和翘曲现象。效果良好的情况下，几乎可完全避免下陷和收缩翘曲的出现，这往往也提升了尺寸稳定性。对于加工商，这更是提供了切实的加工工程优势，例如降低了所需合模力（减少量高达50%），熔体黏度的下降而引致的注入压力随之也降低，元件重量的下降，缩短了生产周期时长，特别是冷却时间，这无疑提高了生产的经济收益。
除了依赖注入加工参数的变化，发泡轻量化元件还可显现出独有的纹理和雾化表面。表面效果的产生主要是由于在注入过程中，气泡向前推出熔体流，接触时产生的结构被凝结并存留下来。
通过标准技术往往无法获得光泽表面，例如，那些用于外壳产品的可见元件。通过将发泡注塑和循环动态模温控制结合在一起，元件表面质量可获得大幅度改良提升。”
这些是元件可见表面的共形变体冷却与注塑和循环热/冷温控组件的整合。只有靠近型腔的有限模具区域会被控制温度。在气化熔体的注入之前直接加热，如以加压水加热到180℃，由于材料没有立即与冷模具壁相接触，从而可形成没有凝结气泡的连续平滑面层（见图4）。
用这种方式生产出的元件表面质量，可与无泡塑料元件相媲美。通过对比采用模温控制和没有模温控制生产出的元件，可看出效果对表面质量的影响（见图5）。
目前的研发课题包括将发泡注塑的适用范围拓展到热塑性弹性体。采用聚丙烯和聚酰胺材质，通过化学和物理发泡都可以获得优质的发泡结构，我们的测试系列显示，大多数TPE级只能够采用物理方法来发泡。并且在这其中，只有基于热塑性聚酯TPE，能够获得优质气泡结构和均质性。
TPE的质地越柔软，发泡过程中的表面问题就越明显，特别是如果发泡注塑结合精准注塑模具开模。尤其是当模腔已经被刷亮，或者甚至更进一步抛光过，元件表面经常会呈现出不计其数的凹痕。
关于这种现象的解释有很多，可能是当填充的时候，空气滞留在制模和型腔表面之间，流不出去；又可能是因为发生粘黏，当精准开模和膨胀发泡部分围住了逐点的空气，当它被再次定位在型腔中，便导致了凹陷。
一系列实验显示出，TPE并不像那些坚硬的和固体工程热塑性塑料，TPE可通过媒介来降低注入速度，从而避免加工的表面问题。型腔表面的结构化也能起到类似的积极影响，例如通过电子放电加工而将表面变得粗糙，采用玻璃球爆破或者起纹，通过注塑元件和型腔表面之间的接触面上的微型管道来帮助滞留气体或空气逃离。
工程塑料的发泡注塑的表面条纹分布问题，也是同样的思路。这里的解决方案也是：表面的动态共形温度控制，如果精准开启同时使用，便可获得高品质而成本低廉的软泡沫，例如可用于汽车制造中的扶手，或者作为减震装置用于便携式终端产品，可在坠落的情况下保护产品不被损坏。
在轻量化结构用途的增长趋势下，发泡注塑已经进入到了全新的繁荣发展时期。最近的创新成果包括提升表面质量到高光泽度的加工方法，以及结合无泡和发泡部分于同一元件的生产工艺。其中最重要的成果，是基于加工工艺和模具工程学的发展，从动态模温控制到单个或多步骤精准开启整个模具或部分型腔。
实用的模拟模型为元件产品设计师给予了有力帮助。总体而言，发泡注塑的发展成熟度已然接近于传统注塑，其特有的轻量化和三明治结构，可在生产中进行精密准确的再复制，并可持续拓宽涵盖热塑性弹性体在内的适用材质范围。我们相信，发泡注塑2.0将会再一次改变我们的生活！
加入艾邦高分子微信群，请加微信：18681464439或13058121209
推荐阅读：
阅读原文申请加入我们
↓↓↓