一種發(fā)泡倍率高、表面無泡痕的微孔發(fā)泡注塑工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種發(fā)泡倍率高、表面無泡痕的微孔發(fā)泡注塑工藝，包括：聚合物熔體和發(fā)泡劑混合、預(yù)制坯成形、預(yù)制坯轉(zhuǎn)移、加熱發(fā)泡，冷卻后獲得最終產(chǎn)品。其中，預(yù)制坯和最終產(chǎn)品是在兩個(gè)不同體積的模具空腔內(nèi)成形。采用高的型腔壓力、高的注射壓力和高保壓壓力，防止預(yù)制坯成型過程中發(fā)泡。冷卻后的預(yù)制坯在最終產(chǎn)品成形型腔固定后，合模并加熱模具，使預(yù)制坯內(nèi)部發(fā)泡。預(yù)制坯的高壓注射工藝可避免產(chǎn)品表面產(chǎn)生銀紋、螺旋紋、泡坑等缺陷，預(yù)制坯和最終產(chǎn)品的體積差又為氣泡形核長大提供了空間。該工藝可用于生產(chǎn)表面質(zhì)量好、內(nèi)部泡孔致密的微孔發(fā)泡注塑制件。
【專利說明】
一種發(fā)泡倍率高、表面無泡痕的微孔發(fā)泡注塑工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種微孔發(fā)泡注塑工藝，用于生產(chǎn)內(nèi)部發(fā)泡倍率高、表面無泡痕的注塑制件。
【背景技術(shù)】
[0002]微孔發(fā)泡塑料定義為泡孔尺寸為I?ΙΟμπι，泡孔密度為19?101()個(gè)/cm3、具有閉孔結(jié)構(gòu)的聚合物材料。該材料主要設(shè)計(jì)思想在于:當(dāng)塑料中泡孔的尺寸小于材料內(nèi)部的裂紋時(shí)，泡孔的存在將使材料原來存在的裂紋尖端鈍化，有利于阻止裂紋在應(yīng)力作用下的擴(kuò)展，從而使材料的力學(xué)性能得到提高。微孔發(fā)泡注射成型技術(shù)問世30余年以來，雖然在汽車、家電、航空航天、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注，但是該項(xiàng)技術(shù)仍存在一個(gè)技術(shù)難題，即難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)部的高發(fā)泡倍率和表面無泡痕。
[0003]特瑞塞爾公司在1999年11月4日申請的授權(quán)公開的中國專利“包括注塑成形的微孔低密度聚合物材料的模塑聚合物材料”(CN200510068953.2)中提供了一種用于制備微孔泡沫材料和微孔制品的注塑成型系統(tǒng)和方法。通過調(diào)試成型工藝，該方法可以獲得較為細(xì)密的內(nèi)部泡孔結(jié)構(gòu)，但產(chǎn)品表面會存在明顯的銀紋、泡坑、螺旋紋等質(zhì)量缺陷。這是由于該工藝過程在模具型腔中存在動態(tài)發(fā)泡和靜態(tài)發(fā)泡兩種發(fā)泡過程，其中，靜態(tài)發(fā)泡是理想的發(fā)泡模式，而動態(tài)發(fā)泡將導(dǎo)致氣泡畸變、破裂，形成表面缺陷。由于這兩個(gè)發(fā)泡過程是連續(xù)進(jìn)行的，甚至動態(tài)發(fā)泡過程夾雜著靜態(tài)發(fā)泡過程，在通過輔助技術(shù)影響動態(tài)發(fā)泡時(shí)，難免也會影響到靜態(tài)發(fā)泡過程。因此，實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)發(fā)泡過程的獨(dú)立控制是有效控制微發(fā)泡產(chǎn)品表面質(zhì)量和內(nèi)部泡孔結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。
[0004]生物聚合物網(wǎng)絡(luò)有限公司于2008年在中國公開了一種名為“聚乳酸泡沫體的制造方法”(公開號:CN 200880009491.9)的專利技術(shù)。該方法首先在一定壓力和溫度環(huán)境中用二氧化碳浸泡聚乳酸珠粒，然后調(diào)節(jié)溫度使珠粒預(yù)膨脹，將預(yù)膨脹后的珠粒引入到模具中并通過施加高于預(yù)膨脹的溫度使所述珠粒進(jìn)一步膨脹并熔合。該方法雖然將產(chǎn)品成形過程分為兩步，提高了生產(chǎn)效率，但在珠粒間存在溶解面，影響了產(chǎn)品的力學(xué)性能。
[0005]David E.Thomas等人在2004年在美國公開了一種名為“Microcellular Foaming”(公開號:US 6723761B1)的專利技術(shù)。該方法首先將聚合物板放在高壓流體環(huán)境中，稱為飽含發(fā)泡劑的聚合物，降低壓力使得該聚合物板達(dá)到過飽和狀態(tài)，然后加熱聚合物板接近玻璃態(tài)發(fā)泡，最后降溫冷卻。該方法是一種間歇式制備聚合物發(fā)泡板的方法，可以避免聚合物板表面不必要的泡痕，保證內(nèi)部充分發(fā)泡，但該技術(shù)與公開號為CN 200880009491.9的專利技術(shù)一樣，均通過擴(kuò)散法將發(fā)泡劑混入聚合物中，這是一種耗時(shí)的工藝步驟，生產(chǎn)效率較低。
[0006]塑料技術(shù)公司在2005年公開了一種名為“具有發(fā)泡器壁的容器”(公開號:CN200580005092.1)的專利技術(shù)。該技術(shù)通過注塑成形獲得含非活性氣體的聚合物預(yù)成型體，冷卻該預(yù)成型體至該聚合物軟化溫度以下的溫度，再加熱該預(yù)成型體至比該聚合物軟化溫度更高的預(yù)設(shè)溫度，吹塑該再加熱預(yù)成型體，以制備基本由微孔發(fā)泡聚合物組成的容器。該方法將也將產(chǎn)品的成形過程分為兩部分，通過螺桿攪拌加速發(fā)泡劑進(jìn)入聚合物體系，但該技術(shù)僅適用于吹塑成形的中空容器類塑料件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種發(fā)泡倍率高、表面無泡痕的微孔發(fā)泡注塑工藝方法。該方法將注塑模具的充填分為兩個(gè)階段，第一階段通過高壓注射成型表面無泡痕的預(yù)制坯，第二階段加熱預(yù)制坯獲得內(nèi)部泡孔致密的最終產(chǎn)品。該工藝不僅消除了因聚合物熔體流動過程發(fā)泡導(dǎo)致的產(chǎn)品表面缺陷，而且預(yù)制坯與最終產(chǎn)品的體積差為產(chǎn)品內(nèi)部發(fā)泡提供了膨脹空間。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0009]本發(fā)明提供的微孔發(fā)泡注塑工藝過程，包括如下具體步驟:
[0010]步驟(I)，注射前準(zhǔn)備。微孔發(fā)泡注塑機(jī)將發(fā)泡劑均勻混入聚合物熔體中，并保持高壓環(huán)境，防止提前發(fā)泡;預(yù)制坯型腔閉合密封后，充入高壓氣體，壓力范圍為2?20MPa。
[0011]步驟(2)，預(yù)制坯成形。向內(nèi)含高壓氣體的預(yù)制坯型腔內(nèi)注入聚合物熔體和發(fā)泡劑的混合體系，保壓冷卻后，開模取出預(yù)制坯；
[0012]進(jìn)一步的，注入時(shí)采用較高的注射壓力，并且進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋簳r(shí)間和較高的保壓壓力，以保證預(yù)制坯在整個(gè)成型過程中不發(fā)泡;為縮短預(yù)制坯成形周期，可采用模具快速冷卻技術(shù)，加速預(yù)制坯制件的冷卻。
[0013]步驟(3)，預(yù)制坯轉(zhuǎn)移。將預(yù)制坯轉(zhuǎn)移至最終產(chǎn)品成形型腔中，將預(yù)制坯固定在最終產(chǎn)品成形型腔中合適位置；
[0014]進(jìn)一步的，所述的預(yù)制坯利用預(yù)制坯筋柱結(jié)構(gòu)和不等厚預(yù)制坯上的厚壁部位在最終成形型腔中定位與安放。
[0015]步驟(4)，最終產(chǎn)品成形型腔閉合后，加熱模具，型腔溫度范圍為60?150°C。預(yù)制坯軟化后開始發(fā)泡，并且通過體積膨脹填充最終產(chǎn)品成形型腔。
[0016]步驟(5)，待最終產(chǎn)品成形型腔充滿后，開始冷卻模具至室溫，最后開模取件，獲得最終產(chǎn)品。
[0017]上述工藝步驟中，預(yù)制坯型腔與最終產(chǎn)品成形型腔制件的體積差、注氣量的搭配直接決定內(nèi)部發(fā)泡形貌和產(chǎn)品尺寸精度;模具溫度直接影響產(chǎn)品表面光澤度和發(fā)泡窗口 ；預(yù)制坯型腔內(nèi)需要保持高壓狀態(tài)，避免動態(tài)發(fā)泡。
[0018]上述工藝步驟中，最終產(chǎn)品的成形型腔壁面溫度要保證熔體進(jìn)入高彈態(tài)發(fā)泡，高溫保持時(shí)間要保證型腔充分填充。
[0019]上述工藝步驟中，預(yù)制坯成形過程中可以采用熱流道技術(shù)，避免將預(yù)制坯額外的形狀修整過程。
[0020]上述工藝步驟中，所述的發(fā)泡劑為物理發(fā)泡劑或化學(xué)發(fā)泡劑。
[0021 ]上述工藝步驟中，所述的預(yù)制還體積為最終產(chǎn)品體積的40?99%。
[0022]上述工藝步驟中，所述的預(yù)制坯型腔在注入聚合物熔體和發(fā)泡劑的混合體系前內(nèi)部氣壓要達(dá)到2?20MPa。
[0023]上述工藝步驟中，所述的預(yù)制坯型腔和最終產(chǎn)品成形型腔內(nèi)氣體包含但不限于N2氣體。
[0024]上述工藝步驟中，所述的最終產(chǎn)品成形模具壁面溫度要達(dá)到60?200°C。
[0025]上述工藝步驟中，所述的預(yù)制坯成形型腔和最終產(chǎn)品成形型腔在一套模具中或在兩套模具中。
[0026]本發(fā)明的有益效果:相比間歇式發(fā)泡工藝，該工藝采用螺桿攪拌加速超臨界流體在聚合物熔體中的溶解，效率更高;相比珠粒發(fā)泡工藝，該工藝采用預(yù)制坯代替含發(fā)泡劑的塑料顆粒，避免顆粒粘結(jié)造成的力學(xué)性能下降;相比呼吸模發(fā)泡工藝，避免了模板退讓造成的泡孔變形或泡孔破裂;該工藝防止了聚合物熔體流動過程中發(fā)泡，為靜態(tài)發(fā)泡創(chuàng)造了空間，發(fā)泡倍率和表面質(zhì)量優(yōu)于傳統(tǒng)微孔發(fā)泡注塑工藝。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明提供的微孔發(fā)泡注塑工藝流程示意圖。
[0028]圖中，1、開模;I1、合模加壓；II1、注射；IV、保壓冷卻;V、開模取件;V1、修整;VI1、預(yù)制坯固定;VII1、合模加熱；IX、發(fā)泡;X、冷卻;X1、開模取件;A、預(yù)制坯模具;B、最終產(chǎn)品成形豐旲具；1、嗔嘴;2、尚壓氣體;3、預(yù)制還;4、最終廣品。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明公開的微孔發(fā)泡注塑工藝過程包括:注射前準(zhǔn)備、預(yù)制坯成形、預(yù)制坯轉(zhuǎn)移、加熱發(fā)泡，冷卻后獲得最終產(chǎn)品。其中，預(yù)制坯和最終產(chǎn)品是在兩個(gè)不同體積的模具空腔內(nèi)成形，本實(shí)施例中采用兩套模具分別成形預(yù)制坯和最終產(chǎn)品，但是具體的工藝過程如下，包括如下具體步驟:
[0031]步驟(I)，注射前準(zhǔn)備，包括開模I和合模加壓II。微孔發(fā)泡注塑機(jī)將發(fā)泡劑均勻混入聚合物熔體中，并保持高壓環(huán)境，防止提前發(fā)泡。預(yù)制坯型腔閉合密封后，充入高壓氣體2。
[0032]步驟(2)，預(yù)制坯成形，包括注射II1、保壓冷卻IV和開模取件V。通過注塑機(jī)噴嘴I向預(yù)制坯型腔內(nèi)注入聚合物熔體和發(fā)泡劑的混合體系，保壓冷卻后，開模取出預(yù)制坯3。注入時(shí)采用較高的注射壓力，并且進(jìn)行適當(dāng)時(shí)間的保壓和較高的保壓壓力，以保證預(yù)制坯3在整個(gè)成型過程中不發(fā)泡。為縮短預(yù)制坯成形周期，可采用模具快速冷卻技術(shù)，加速預(yù)制坯制件的冷卻。
[0033]步驟(3)，預(yù)制坯轉(zhuǎn)移，包括修整VI和預(yù)制坯固定VII。將修整后的預(yù)制坯3轉(zhuǎn)移至最終產(chǎn)品成形型腔中，建議采用機(jī)械手進(jìn)行安放。利用預(yù)制坯筋柱結(jié)構(gòu)、不等厚預(yù)制坯上的厚壁部位將預(yù)制坯固定在最終產(chǎn)品成形型腔中的合適位置。
[0034]步驟(4)，加熱發(fā)泡，包括合模加熱VIII和發(fā)泡IX。包括最終產(chǎn)品成形型腔閉合后，加熱模具，使型腔溫度達(dá)到60?150°C范圍內(nèi)的某一值。預(yù)制坯軟化后開始發(fā)泡，并且通過體積膨脹填充最終產(chǎn)品成形型腔。
[0035]步驟(5)，待最終產(chǎn)品成形型腔充滿后，開始冷卻)(模具至室溫，最后開模取件XI，獲得最終產(chǎn)品4。
[0036]上述工藝步驟中，預(yù)制坯形狀設(shè)計(jì)是控制產(chǎn)品成形質(zhì)量的關(guān)鍵:其總體積決定發(fā)泡倍率;筋柱設(shè)計(jì)便于預(yù)制坯在終成形型腔中定位與安放;預(yù)制坯采用非等厚設(shè)計(jì)，避免因混氣量不均造成的局部發(fā)泡不均。
[0037]上述工藝步驟中，優(yōu)選的，預(yù)制坯型腔體積是最終產(chǎn)品成形型腔制件的40%、聚合物熔體混氣質(zhì)量百分比為3%;模具A預(yù)制坯型腔內(nèi)需要保持高壓狀態(tài)4?6MPa，直到注塑預(yù)制坯冷卻至50 °C。
[0038]上述工藝步驟中，在步驟(4)中，可向最終產(chǎn)品成形型腔內(nèi)通入高壓氣體，當(dāng)預(yù)制坯達(dá)到一定溫度以后，迅速排凈高壓氣體。最終產(chǎn)品成形型腔內(nèi)的高壓氣體，一方面可以提高對流換熱效率，加快預(yù)制坯溫度升高速度，提高生產(chǎn)效率;另一方面可以為預(yù)制坯發(fā)泡提供壓力降，促進(jìn)預(yù)制坯內(nèi)部氣泡的形核，提高產(chǎn)品內(nèi)部的泡孔密度，減小泡孔尺寸。
[0039]上述工藝步驟中，模具B型腔壁面溫度值為120°C，高溫保持時(shí)間20?40s。
[0040]上述工藝步驟中，預(yù)制坯3的修整過程需要去除模具A的澆道系統(tǒng)成型部分。
[0041]上述工藝步驟中，最終產(chǎn)品4的筋柱結(jié)構(gòu)在預(yù)制坯3的制備過程中已經(jīng)基本成形，模具A的筋柱結(jié)構(gòu)比模具B的筋柱結(jié)構(gòu)尺寸略小，可控制在0.05-0.1_。
[0042]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于生產(chǎn)內(nèi)部發(fā)泡倍率高、表面無泡痕制件的微孔發(fā)泡注塑工藝，包含如下步驟: 步驟I微孔發(fā)泡注塑機(jī)將發(fā)泡劑均勻混入聚合物熔體中，并保持高壓環(huán)境；同時(shí)，在預(yù)制坯型腔閉合密封后，充入高壓氣體； 步驟2向預(yù)制坯型腔內(nèi)注入聚合物熔體和發(fā)泡劑的混合體系，保壓冷卻后，開模取出預(yù)制坯; 步驟3將預(yù)制坯轉(zhuǎn)移至最終產(chǎn)品成形型腔中；將預(yù)制坯固定在最終產(chǎn)品成形型腔中合適位置； 步驟4加熱模具，使預(yù)制坯軟化后開始發(fā)泡;聚合物熔體發(fā)泡膨脹填充最終產(chǎn)品成形型腔； 步驟5待最終產(chǎn)品成形型腔充滿后，開始冷卻模具至室溫，最后開模取件，獲得最終產(chǎn)品O2.如權(quán)利要求1所述微孔發(fā)泡注塑工藝，其特征在于，步驟2中注入時(shí)采用較高的注射壓力，并且進(jìn)行適當(dāng)時(shí)間的保壓和較高的保壓壓力，以保證預(yù)制坯在整個(gè)成型過程中不發(fā)泡為原則。3.如權(quán)利要求1所述微孔發(fā)泡注塑工藝，其特征在于，所述的發(fā)泡劑為物理發(fā)泡劑或化學(xué)發(fā)泡劑。4.如權(quán)利要求1所述微孔發(fā)泡注塑工藝，其特征在于，所述的預(yù)制坯體積為最終產(chǎn)品體積的40?99 %。5.如權(quán)利要求1所述微孔發(fā)泡注塑工藝，其特征在于，所述的預(yù)制坯型腔在注入聚合物熔體和發(fā)泡劑的混合體系前內(nèi)部氣壓要達(dá)到2?20MPa。6.如權(quán)利要求1所述微孔發(fā)泡注塑工藝，其特征在于，所述的預(yù)制坯型腔和最終產(chǎn)品成形型腔內(nèi)氣體包含但不限于他氣體。7.如權(quán)利要求1所述微孔發(fā)泡注塑工藝，其特征在于，所述的最終產(chǎn)品成形模具壁面溫度要達(dá)到60?200°C。8.如權(quán)利要求1所述微孔發(fā)泡注塑工藝，其特征在于，所述的預(yù)制坯成形型腔和最終產(chǎn)品成形型腔在一套模具中或在兩套模具中。9.如權(quán)利要求1所述微孔發(fā)泡注塑工藝，其特征在于，所述的預(yù)制坯采用非等厚結(jié)構(gòu)。10.如權(quán)利要求1所述微孔發(fā)泡注塑工藝，其特征在于，所述的預(yù)制坯利用預(yù)制坯筋柱結(jié)構(gòu)和不等厚預(yù)制坯上的厚壁部位在最終成形型腔中定位與安放。
【文檔編號】B29C44/34GK105835292SQ201610270600
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】趙國群, 張磊
【申請人】山東大學(xué)