聚合物成型新工艺

1、聚合物成型新工藝 吳春益 主要內容 1.振動輔助成型原理及特點 2.氣輔成型的原理、特點、應用現狀及前景 3.樹脂傳遞模塑成型（RTM）的成型原理、特點、及應用前景 4、RTM成型、手糊成型、噴射成型、SMC成型四者的優缺點比較 5、微孔注射發泡成型原理、特點、應用現狀1.振動輔助成型原理及特點1.1 原理：動態注射成型技術 如果在注射成型過程中引入振動，使注射螺杆在振動力的作用下產生軸向脈動，則成型過程料筒及模腔中熔體的壓力將發生脈動式的變化，改變外加振動力的振動頻率與振幅。分類：在機頭上引入機械振動；機頭引入超聲振動；在擠出全過程引入振動。1.2 振動力場對擠出過程作用的機理 擠出過程中的

2、振動力場作用提高了製品在縱向和橫向上的力學性能，並且使二者趨於均衡 ，這種自增強和均衡作用是聚合物大分子之間排列和堆砌有序程度提高的結果，也是振動力場對聚合物熔體作用的結果，可以解釋為是振動力場作用使聚合物熔體大分子在流動過程中發生平面二維取向作用而產生“擬網結構”的結果。在高分子材料成型加工過程中引入振動 ，會對高分子材料成型過程產生一系列影響。振動力場能量的引入並不是能量的簡單疊加 ，而是利用高分子材料成型過程在振動力場作用下表現出來的非線性特性，降低成型過程能耗，提高產品品質，是一種新型的低能耗成型方法。1.3 特點：振動擠出對塑膠製品性能的影響 引入振動力場後，在產量相同的條件下，輸送

3、塑化的能耗需求降低 ，螺杆的長徑比可以相應減少，而且在一定的振動參數範 圍內 ，不但能夠保證甚至還能提升製品綜合性能。眾多的實驗研究和生產實踐表明：將振動力場引入聚合物成型加工的全過程可以降低聚合物熔體黏度 、降低出口壓力、減少擠出脹大、提高熔融速率 、增加分子取向、降低功耗、提高製品力學性能等。2.氣輔成型的原理、特點、應用現狀及前景氣體輔助注射成型技術的工藝過程是：先向模具型腔中注入塑膠熔體，再向塑膠熔體中注入壓縮氣體。輔助氣體的作用，推動塑膠熔體充填到模具型腔的各個部分,使塑件最後形成中空斷面而保持完整外形。與普通注射成型相比，這一過程多了一個氣體注射階段，且製品脫模前由氣體而非塑膠熔體

4、的注射壓力進行保壓。在成型後的製品中，由氣體形成的中空部分被稱為氣道。 由於具有廉價、易得且不與塑膠熔體發生反應的優點，因此一般所使用的壓縮氣體為氮氣。氣體輔助注射成型的流程以短射制程為例，一般包括以下幾個階段。第一階段：按照一般的注塑成型工藝把一定量的熔融塑膠注射入模穴；第二階段：在熔融塑膠尚未充滿模腔之前，將高壓氮氣射入模穴的中央；第三階段：高壓氣體推動製品中央尚未冷卻的熔融塑膠，一直到模穴末端，最後填滿模腔；第四階段：塑膠件的中空部分繼續保持高壓，壓力迫使塑膠向外緊貼模具，直到冷卻下來；第五階段：塑膠製品冷卻定型後，排除製品內部的高壓氣體，然後開模取出製品。 根據具體工藝過程的不同，氣體

5、輔助注射成型可分為標準成型法、副腔成型法、熔體回流法和活動型芯法四種。1、標準成型法是先向模具型腔中注入經準確計量的塑膠 熔體，再通過澆口和流道注入壓縮氣體。2、副腔成型法是在模具型腔之外設置一個可與型腔相通的副型腔。3、熔體回流法與副腔成型法類似，所不同的是模具沒有副型腔。4、活動型芯法是在模具型腔中設置活動型芯。2.1 氣體輔助注射成型技術的優點及缺點1.所需注射壓力小2.製品翹曲變形小3.可消除縮痕，提高表面品質，降低廢品率4.可以用於成型壁厚差異較大的製品5.可通過氣體的穿透減輕製品重量，節省原材料用量，並縮短成型週期， 提高生產率6.該技術可適用於熱塑性塑膠、一般工程塑料及其合金以及

6、其他用於注射 成型的材料優點：需要增加供氣和回收裝置及氣體壓力控制單元，從而增加了設備投資；對注射機的注射量和注射壓力的精度要求有所提高；製品中接觸氣體的表面與貼緊模壁的表面會產生不同的光澤；製品品質對工藝參數更加敏感，增加了對工藝控制的精度要求。缺點：2.2 氣體輔助注射成型技術的應用:氣體輔助注射成型技術可應用於各種塑膠產品上，如電視機或音箱外殼、汽車塑膠產品、傢俱、浴室、廚具、家庭電器和日常用品、各類型塑膠盒和玩具等管狀和棒狀零件大型平板類零件缺陷的複雜零件國內氣體輔助注射成型技術的應用起步雖然較晚，但隨著家電、汽車等工業的快速發展，對成型塑膠製品的要求也在不斷提高，有力地推動了這項技術

7、的引進、研究和推廣應用。3.樹脂傳遞模塑成型（RTM）的成型原理、特點、及應用前景原理：是將玻璃纖維增強材料鋪放到閉模具的模腔內，用壓力將樹脂膠液注入模腔，浸透玻纖增強材料，然後固化，脫模成型製品。特點：1、可以製造兩面光的製品；2、成型效率高，適合中等規模的玻璃鋼產品生產（20000件/年內）； 3、RTM為閉模操作，不污染環境；不損害健康； 4、增強材料可任意方向鋪放，容易實現按製品受力狀況合理鋪放增強材料； 5、原材料及能源消耗少； 6、建廠投資少。應用：目前已廣泛用於建築、交通、電訊、衛生、航空航太等工業領域。已開發的產品有：汽車殼體及部件、娛樂車構件、螺旋槳、天線罩、機器罩、浴盆、淋

8、浴間、游泳池板、座椅、水箱、電話亭、電線杆、小型遊艇等。 4、RTM成型、手糊成型、噴射成型、SMC成型四者的優缺點比較：4.1 RTM成型 它的基本原理是將玻璃纖維增強材料鋪放到閉模的模腔內，用壓力將樹脂膠液注入模腔，浸透玻纖增強材料，然後固化，脫模成型製品。RTM成型技術的特點： 可以製造兩面光的製品； 成型效率高，適合於中等規模的玻璃鋼產品生產 RTM為閉模操作，不污染環境，不損害工人健康； 原材料及能源消耗少；4.2 手糊成型工藝手糊成型工藝又稱接觸成型工藝。是手工作業把玻璃纖維織物和樹脂交替鋪在模具上，然後固化成型為玻璃鋼製品的工藝。優點是成型不受產品尺寸和形狀限制，適宜尺寸大、批量

9、小、形狀複雜的產品的生產。設備簡單、投資少、見效快。適宜我國鄉鎮企業的發展。且工藝簡單、生產技術易掌握，只需經過短期培訓即可進行生產。易於滿足產品設計需要，可在產品不同部位任意增補增強材料；製品的樹脂含量高，耐腐蝕性能好。缺點是生產效率低、速度慢、生產週期長、不宜大批量生產。且產品品質不易控制，性能穩定性不高。產品力學性能較低。生產環境差、氣味大、加工時粉塵多，易對施工人員造成傷害。4.3 噴射成型工藝 噴射成型工藝是將混有引發劑和促進劑的兩種聚酯分別從噴槍兩側噴出，同時將切斷的玻纖粗紗，由噴槍中心噴出，使其與樹脂均勻混合，沉積到模具上，當沉積到一定厚度時，用輥輪壓實，使纖維浸透樹脂，排除氣泡

10、，固化後成製品。噴射成型的優點：用玻纖粗紗代替織物，可降低材料成本；生產效率比手糊的高24倍；產品整體性好，無接縫，層間剪切強度高，樹脂含量高，抗腐蝕、耐滲漏性好；可減少飛邊，裁布屑及剩餘膠液的消耗；產品尺寸、形狀不受限制。其缺點為：樹脂含量高，製品強度低；產品只能做到單面光滑；污染環境，有害工人健康。4.4 片狀模塑膠SMC的成型工藝片狀模塑膠SMC的成型工藝主要有以下兩類：將玻纖含量為 2540（根據具體要求而定）的SMC片材，按產品形狀要求剪裁成一定的尺寸，揭去兩面的PE薄膜，按一定要求疊放在熱的對模上進行加壓加溫成型；先在熱模內按要求鋪放好一定量（根據玻纖含量要求而定）的連續玻纖預成型

11、氈，然後將不含玻纖或僅含少量玻纖（一般為5以下）的SMC片材經剪裁、撕去薄膜後疊放在預成型氈上，最後鋪上一層表面氈。 SMC工藝的特點是： (1)操作方便。整個生產過程易實現機械化、自動化，生產效率高，改善了濕法成型的作業環境和勞動條件。 (2)產品的可沒計性強。可通過改變組份的種類和配方，改變成型工藝來滿足不同產品的不同要求。如耐腐蝕、絕緣、絕熱、零收縮、柔性、低密度、高強、A級表面、抗靜電等等。(3)成型流動性好。可成型結構複雜的產品，特別適合製作大型薄殼異形制品。能實現製品變厚度，帶嵌件、孔洞、凸台、加強筋、螺紋等功能。 (4)產品內外光潔，尺寸準確，適合製作汽車週邊件，電氣零部件，機械

12、部件，防腐容器等產品。適合大規模生產，成本較低。 (5)增強材料在生產與成型過程中均無損傷，長度均勻，製品強度較高，可進行輕型結構化設計，色彩豔麗。 SMC工藝也有其不足之處，主要是SMC機組、壓機、模具要求高投入，同時，生產技術要求較高。5、微孔注射發泡成型原理、特點、應用現狀在傳統的結構發泡注射成型中，通常採用化學發泡劑，由於其產生的發泡壓力較低，生產的製件在壁厚和形狀方面受到限制。微孔發泡注射成型採用超臨界的惰性氣體受到限制。微孔發泡注射成型採用超臨界的惰性氣體（CO2、N2）作為物理發泡劑其工藝過程分為四步： （1）氣體溶解：將惰性氣體的超臨界液體通過安裝在構簡上的注射器注人聚合物熔體

13、中，形成均相聚合物/氣體體系； （2）成核：充模過程中氣體因壓力下降從聚合物中析出而形成大量 均勻氣核； （3）氣泡長大：氣在精確的溫度和壓力控制大； （4）定型：當氣泡長大到一定尺寸時，冷卻定型微孔發泡注射成型工藝過程可分為以下四個基本階段：（）脂熔融階段。從料斗加人的樹脂在料筒中熔融塑化。 （）超臨界氣體（Super Critical Find, SCF）注人、混合和擴散階段。SCF發生裝置在料筒的特定位置注入超臨界氣體，與樹脂熔體均勻混合，此階段可看作未開瓶蓋的啤酒。（）注射階段。將樹脂熔體注人模具，相當於把啤酒瓶蓋拔掉，隨著模具內壓力的降低，時間的延長，熔體內的超臨界氣體像啤酒一樣發泡。（）發泡階段。它可分為氣體核的發生、氣泡成長和氣泡穩定等階段。成功的微孔發泡注射成型均會經歷上述四個階段。其中液體狀聚合物和氣體超臨界液體狀態所形成的單相熔融物的溫度和壓力必須控制精確，以防止該熔融物預先發泡。泡沫微孔的成核、增大、注射時的凝結過程以及微孔的最終尺寸和形狀取決於注塑成型的工藝條件。減少製品重量，製品無縮孔、凹斑及翹曲。縮短成型週期；提高了樹脂的流動性 微孔泡沫塑料注射成型的特點： 微孔發泡成型優點：1. 它形成的氣泡直徑小,可以生產因一般泡沫塑料中微孔較大而難以生產的薄壁（1mm）製品。2. 微孔發泡材料的