【視頻揭秘】為啥超臨界注塑在汽車應用上越來越廣？

2016-11-30 by:CAE仿真在線來源:互聯網

前沿:塑料微發泡成型技術(MuCell),是將超臨界流體(N2或CO2)注入射出機料管中,透過螺桿將超臨界流體與塑料混煉成均勻單相流體。超臨界流體與熔融態高分子之勻相混合物在射出過程中因為瞬間壓降造成熱力學不平衡,使得流體進入模穴后氣體得以從熔融態塑料當中擴散成核并長成均勻微細氣泡。含有微細氣泡的塑料經模具冷卻固化得到微細發泡成品。現在我們先來看兩個相關的視頻。

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此一制程省去傳統制程的保壓階段而節省制程周期時間,同時解決傳統射出產品不均勻收縮與翹曲變形等問題,大幅提升產品尺寸精度。另外,微發泡制程比一般射出制程有較短的生產周期,其產品因使用氣體作為發泡媒介而兼具制程環保、產品輕量化的優點且產品塑料可回收。

該技術被廣泛用于各種產業制造中,如商業設備、工業/電子和汽車產業等。圖1為該技術在汽車零部件上的應用案例。

圖1 部分Mucell部分在汽車上的應用案例

現在我們來詳細介紹一下塑料微發泡成型技術

一、微發泡成型過程可分成三個階段:

(1)首先是將超臨界流體(二氧化碳或氮氣)溶解到熱融膠中形成單相溶體并保持在高壓力下,如圖2;

(2)然后,通過開關式射嘴射進溫度和壓力較低的模具型腔,由于溫度和壓力降低引發分子的不穩定性從而在制品中形成大量的氣泡核,

(3)最后這些氣泡核逐漸長大天生微小的孔洞。

我們從制品截面可以明顯看到表層還是未發泡的實體層如圖3,這是由于在填充過程中模具溫度較低,表面的樹脂冷卻迅速,細胞核沒有成長的時間所以還未發泡。

圖2 注塑工藝原理

圖3 制品界面剖圖

二、使用MuCell必須在注塑機上裝上特別的螺桿和機筒:

1. 螺桿具有特殊的螺紋設計——超臨界流體被射進攪拌區后需要特別的螺紋來切碎超臨界流體使之與熱熔膠充分溶解從而形成單相融體。

2. 單相融體必須保持在一定的高壓下才不會離析,Trexel的機筒有單向止逆閥和開關式射嘴設計從而在機筒前真個射出段形成一個密閉高壓的區間。當注射時,開關式射嘴打開,單相融體瞬間注進模具型腔開始發泡。

三、特點及優勢

1、與常規注塑成型制品的比較

微發泡模塑制品的平均成本可降低16%-20%。而這主要通過四個方面實現:

1)微發泡注塑循環周期可減少50%,從而降低了加工成本。同時注塑制品的下腳料比例降低,設備的能耗也更低。

2)對于相同類型的制品,微發泡注塑工藝可以使用更小和更少的機器,模具成本更低,從而降低投資成本。

3)由于微發泡注塑制品的密度降低,可以設計具有更薄壁結構的制品,降低制品的材料成本。

4)由于減少或消除了常規模塑在合模和保壓過程中產生的模內應力,因此微發泡注塑可以制備更平、更直和尺寸精度更高的制品,從而為制品的品質和價格提升提供了更大空間。回復“注塑”,查看更多

2、與其他注塑成型工藝的比較

許多其他的注塑成型工藝過程也使用或涉及氣體或發泡劑,這些工藝主要有:結構發泡注塑、氣體輔助注塑和化學發泡成型。

1)微發泡注塑與結構發泡注塑

微發泡注塑	優點	①在某些方面比結構發泡注塑更有優勢,如對于大多數材料包括常用的工程塑料來說,其材料的減少和注塑循環時間的降低更加顯著。②能夠成型同時具有薄壁和厚壁的結構,制品設計方面的靈活性更大。
微發泡注塑	缺點	微發泡注塑對于具有大長厚比的制品和厚壁(大于6毫米)制品方面則沒有太多優勢。
結構發泡注塑	優點	通常用于成型較大的制品,最常見的是采用特殊的低壓注塑機加工高密度聚乙烯(HDPE)原料。其制品的重量減輕可以達到10%或更多。
結構發泡注塑

2)微發泡注塑與氣體輔助注塑

微發泡注塑	優點	能夠更多地降低制品重量,以更短的循環時間成型,并且制品翹曲較少,同時也能夠消除收縮痕。
微發泡注塑	缺點	微發泡對于厚壁制品的成型沒有優勢,而且其制品的表面質量也無法達到非常完善。
氣體輔助注塑	優點	可以成型表面質量非常高的制品,通過對模具和制品進行特殊設計,在厚壁制品的內部設計空腔實現氣體輔助注塑。
氣體輔助注塑	缺點	氣體輔助注塑通常只用于消除制品的收縮痕

3)微發泡注塑與化學發泡成型

微發泡注塑	優點	微發泡注塑的優勢在于,許多吸熱型的化學發泡劑會生成水(也產生CO2氣體),因此需要添加吸水劑以防止由于水的存在而造成聚合物熔體的降解現象。
微發泡注塑	缺點	對于要求透明性強和表面質量非常高的制品,采用微發泡注塑成型技術需要更加慎重
化學發泡成型	優點	其通常用于厚壁制品成型以消除收縮痕,同時也可以降低制品密度。
化學發泡成型	缺點	①對于薄壁制品使用化學發泡劑會使表面質量劣化,同時會顯著降低其力學性能,從經濟性角度出發,化學發泡不能夠大幅度降低密度。②氣體發泡劑生產批號的不同致使在生產過程中不得不隨時調整生產工藝。③由于化學發泡劑本質上的熱穩定性不佳,因而很難用于加工高溫型樹脂。④化學發泡劑通常會在樹脂中有所殘留,或產生副產品。⑤帶有副產品或未分解化學發泡劑的樹脂通常會使制品耐老化性能降低,并可能導致模具排氣孔堵塞,而且,其加工過程中產生的下腳料很難就地回收使用。