微孔塑料注射成型技术 2课件

微孔塑料注射成型工艺微孔塑料注射成型工艺

工艺过程：分单相溶液的形成、均匀的成核作用、泡孔长大以及制品注射成型四个部分。一、塑料-气体单相溶液的形成单相溶液：指超临界状态的物理发泡剂均匀扩散到塑料熔体中，并达到热力学平衡状态的塑料熔体。单相溶液的熔体黏度大大低于塑料本身的黏度，一旦形成便在一定压力下保持，单相溶液是均匀成核作用产生的必要条件。用于微孔塑料成型的物理发泡剂有水、氩气、氮气和二氧化碳，其中氮气和二氧化碳的应用最为广泛，也是最易得到和使用的物理发泡剂。工艺过程：分单相溶液的形成、均匀的成核作用、泡孔长大以及制一、塑料-气体单相溶液的形成1、气体的扩散二氧化碳能很容易地从气态或液态转化为超临界状态，它是最通用的物理发泡剂，而氮气是最便宜的发泡剂。因两种发泡剂在塑料熔体中的溶解度和扩散速率不同，获得的微孔结构也不同。选择何种物理发泡剂取决于期望得到的微孔结构，而非发泡剂的使用难易程度或其成本的高低。一、塑料-气体单相溶液的形成一、塑料-气体单相溶液的形成1、气体的扩散气体在塑料熔体中的扩散受其扩散系数的影响。因氮气和二氧化碳在熔体中的扩散速率较接近，即泡核长大速率基本相同。若二者在熔体中的浓度相同，氮气会产生更多泡核，所产生的泡孔会比二氧化碳产生的更小。一、塑料-气体单相溶液的形成一、塑料-气体单相溶液的形成1、气体的扩散常温下CO2和N2气体扩散到塑料中需要很长时间。为加快扩散速度，缩短塑料-气体单相溶液的形成时间，必须提高温度和缩短扩散距离。采用增加塑料和气体两相混合物的剪切扭曲变形的方法，可缩短气体的扩散距离。气体在不同塑料熔体中的扩散时间与扩散系数有关，扩散系数越大，则扩散时间就越短。例如：气体在PET中的扩散时间约为1min，在PS、PVC和HDPE中约为10~20s，而在LDPE中仅几秒。一、塑料-气体单相溶液的形成一、塑料-气体单相溶液的形成2、气体在塑料中的溶解度气体在熔体中的溶解度是温度和压力的函数，可通过降低压力或提高温度的方法来改变气体在熔体中的溶解度，从而突然诱导单相溶液的热力学不稳定。高压时气体的溶解度会增加，而随着温度的升高，塑料中气体的溶解度会降低。表6-4：在27.6MPa压力和200℃温度下，N2和CO2在不同熔体中的溶解度，可见N2在塑料中的溶解度远小于CO2。一、塑料-气体单相溶液的形成3、超临界气体的应用因气体溶解量是饱和压力的函数，且气体扩散速率有限，为提高气体的溶解度和扩散速率，需要使用超临界的气体。广泛应用于微孔塑料的流体主要是CO2和N2。其它流体也可作为超临界流体使用，但应用于微孔塑料都存在一定的不足。3、超临界气体的应用4、塑料-气体溶液的物理性能因气体的溶入导致塑料-气体溶液性质发生变化，随着气体浓度的增加，其玻璃化转变温度和黏度均会降低。在高气体浓度下，塑料的玻璃化转变温度有可能降到常温以下，利用这一现象可在不加热塑料的条件下进行塑料制品的成型。例如，当PETG塑料中溶入约11%的CO2气体时，可使其玻璃化转变温度降至常温以下，其片材可在常温下进行吸塑成型，获得泡孔约为20μm的微孔塑料制品。溶解气体与添加液体增塑剂不同，它不是永久性地改变塑料的性能，一旦气体从塑料中溢出，塑料又会恢复其本来性能。塑料的结晶度会受气体浓度影响，例如，PET的结晶度随CO2气体浓度的升高而增加。4、塑料-气体溶液的物理性能二、泡孔的形成1、泡孔成核泡孔成核是形成微孔塑料的关键，泡孔成核可分为均相成核和异相成核两种。均相成核：它产生在均匀的塑料-气体单相溶液中，其泡孔成核所需的活化能是均匀的。异相成核：常产生在两种或两种以上材料的界面上，其成核所消耗的能量较低。当塑料中气体的过饱和度非常大时，则均相成核和异相成核会同时发生。传统发泡工艺，物理或化学发泡剂要与碳酸钙等粉末共混形成异相成核位置，因颗粒较大且数量有限，形成的泡核有限且不均匀，其泡孔尺寸通常达到几百微米。二、泡孔的形成二、泡孔的形成1、泡孔成核传统发泡工艺因泡孔不是同时成核，其尺寸分布也不均匀，最初成核的泡孔会生长得较大。微孔塑料成型工艺要求单相溶液经历瞬间变化的不稳定热力学过程，从而发生均匀成核作用。注射时使熔体压力发生瞬间变化，导致溶解于塑料熔体中的气体瞬间大量析出而形成数以百万计的泡核。注射时间一般要短到足以产生均匀的成核作用。高饱和压力下，当发泡温度超过熔点时，导致结晶相转为无定形相，产生大量泡孔成核位置，泡孔数量将急剧增加；当发泡温度低于熔点时，微小的发泡温度变化对泡孔密度和泡孔尺寸没有影响。二、泡孔的形成二、泡孔的形成2、泡孔生长泡孔长大是其抑制力和泡孔内气体压力的函数。成核一结束，泡孔就开始持续长大，直到熔体完全充满模腔，使泡孔内气体压力与泡孔表面张力和熔体的应力相平衡，泡孔将不再持续长大。泡孔尺寸：由饱和压力、塑料温度、泡孔内部气体压力决定。当温度很高时，泡孔扩张力超过熔体的抑制力，泡孔将会破裂而导致开孔结构的形成。泡孔形状和尺寸对微孔塑料的压缩强度和刚度有明显影响。泡孔近似球形时，其强度和刚度最好；泡孔尺寸小，制品具有更高的抗压能力。二、泡孔的形成二、泡孔的形成2、泡孔生长泡孔平均尺寸和均匀性取决于物料性质、工艺条件和模具的冷却速率。

PP微孔成型工艺：提高注射速度，就能提高泡孔成核密度，得到更好的泡孔结构；加快模具冷却速率，能更快建立起对泡孔长大的抑制力，更能获得细小均匀泡孔的制品，使制品性能保持得更好。二、泡孔的形成三、微孔注射成型工艺参数控制1、温度料筒温度在SCF发泡剂注入点之前部分，与不发泡制品注射工艺设定一样，但在SCF发泡剂注入点之后，温度设定值一般与SCF注入点之前最后一段的温度设定值相同。高熔融温度塑料或发泡剂用量大时，发泡剂注入点之后的温度可比注入点之前最后一段的温度低10~25℃。不含填料的半结晶塑料，熔体温度过高可能会使熔体黏度过低，气体容易扩散到料流前峰表面，造成气体损失，对塑件的减重和外观产生不利的影响。模温设定值一般比不发泡注射成型低。模温对微孔塑料制品外观会有影响，高模温和高料温能使塑件表面达到模具表面的质量。三、微孔注射成型工艺参数控制三、微孔注射成型工艺参数控制2、注射压力

SCF注入熔体后，熔体的玻璃化转变温度Tg降低，熔体的黏度降低，黏度降低会使注射压力降低。

SCF对熔体黏度的影响取决于材料种类、填料种类及填料用量。填料种类和用量之所以重要是因为SCF不溶于填料，也不能改变填料的黏度。故含填料的熔体黏度变化没有不含填料熔体的大。壁厚1.5mm以上的聚烯烃塑件生产时，熔体黏度变化不太明显，因正常情况下聚烯烃的熔体黏度已经很低。三、微孔注射成型工艺参数控制三、微孔注射成型工艺参数控制2、注射压力因注射压力减小，模腔压力也会降低，所需的锁模力也就减小，同一设备可生产更大的制品，或相同大小的制品可选更小的注射机。模腔压力降低，避免了制品产生过大的内应力，减小了塑件的变形。模腔压力降低还对内嵌件注塑、模内贴标（IML）和模内装饰（IMD）等成型非常有利。三、微孔注射成型工艺参数控制三、微孔注射成型工艺参数控制3、注射速度注射速度是影响微孔塑料制品外观的最关键因素。注射行程在7.5~25mm时，注射速度可设为2.5~12.5mm/s

注射速度一般最大不超过75mm/s，注射速度太大，熔体接触模壁时表面会起皱，塑件外观质量降低。注射速度若太慢，填充能力低，加上熔体温度降低，型腔不易充满，塑件表面不发泡层增厚，泡孔分布不均匀。薄壁或小注射量微孔制品，注射速度应较高，以保证良好的充模，并防止充模结束前SCF发泡剂扩散出熔体料流。普通冷浇道模具，开始的注射速度应较慢，之后可急剧上升，这样有利于控制泡孔结构，成型周期也会缩短。三、微孔注射成型工艺参数控制三、微孔注射成型工艺参数控制4、成型周期因模腔压力的大幅降低，熔体内部气体压力能提供充模所需的模腔压力，它极大地缩短了压实和保压过程，甚至不用保压，因此可缩短成型周期。成型周期很大程度取决于模腔冷却程度和均匀性，塑件温度最高的部位将决定制品的成型周期，也决定了微孔成型工艺最大的成型周期降幅。壁厚是决定成型周期的另一关键因素，当壁厚大于4.0mm（聚丙烯大于2.5mm）时，成型周期难以大幅度缩短，因为泡孔起到了隔热作用，降低了冷却速率。模具冷却效果差也会限制成型周期的缩短，还可能引起泡孔爆裂。三、微孔注射成型工艺参数控制三、微孔注射成型工艺参数控制5、SCF用量

SCF用量对微孔制品的外观有一定影响，为使外观质量达到最佳，SCF用量应小于0.10%，塑件减重应限制在15%。通常能溶于塑料的SCF最大用量氮气为1.5%~2.0%，二氧化碳为5%~7%；SCF浓度提高，所需塑化压力也要提高。多数微孔塑料都采用氮气作发泡剂，因为氮气所产生的泡孔尺寸比二氧化碳的小而且更均匀。三、微孔注射成型工艺参数控制三、微孔注射成型工艺参数控制5、SCF用量

表6-6为不同树脂材料常用的氮气用量，而二氧化碳的用量通常为氮气用量的3倍左右。三、微孔注射成型工艺参数控制三、微孔注射成型工艺参数控制6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策微孔注射成型存在外观和工艺两类问题，外观有表面起泡、爆裂、缩窝等问题，工艺则主要是SCF逸出、短射、塑件重量变化及螺杆复位不一致等问题。（1）内泡：常出现在不含填料的结晶型料塑件内部，严重时气泡有可能爆裂，内泡直径常为6~10mm，有时更大。产生原因：单相溶液中逸出的SCF气体被注入模腔，或是SCF没有溶于单相溶液；另一原因是SCF用量低，泡孔生长太大。对策：最有效的途径是降低SCF的用量，提高微孔塑料的熔体温度也有一定的效果；SCF用量偏低时，应增加其用量。三、微孔注射成型工艺参数控制6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策（2）表面起泡：塑件表面产生直径1mm以下的小气泡，与内泡的区别在于其表皮很薄，而且一般出现在浇口附近。表面起泡常见于不含填料的聚烯烃塑件，在PS、POM和不含填料的PC塑件上有时也会出现。产生原因：最直接的原因是物料通过浇口时的剪切过高，尤其是非结晶型塑料更易造成表面起泡；另一个原因是发泡剂与聚合物不相溶。对策：降低注射速度，至少在物料进入模腔前降低注射速度可以消除表面气泡；第二种原因可以考虑更换发泡剂。6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策（3）爆裂：爆裂或后发泡从外表看与内泡相似，但其内部的泡孔不是已被拉伸，就是已被毁坏。区别爆裂和内泡的方法是延长冷却时间，冷却时间的延长，爆裂会减少，甚至不产生，而内泡则不会发生变化。产生原因：塑件内部存在过热点，开模时因塑件局部物料刚度不够，就会产生爆裂。对策：降低模温、延长冷却时间或减少SCF用量都可避免爆裂的产生，值得注意的是减少SCF用量会产生泡孔结构变化问题。6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策（4）缩窝：塑件表面上出现直径1~2mm的凹陷点。产生原因：SCF用量偏低产生注塑件减重过大，在塑件近表面处形成过大泡孔引起。对策：增加SCF用量或者降低减重幅度。6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策（5）SCF从溶液中逸出

SCF逸出表现：偶尔出现短射、短射部位不固定；料流前峰位置会很硬很脆；产生内泡；注射量变化幅度高达40%；螺杆复位时间变化大；SCF入口压力和注射压力变化大等。对策：清洗料筒，重新开始；重新计算SCF用量，降低SCF用量，开始时只注入以前用量的50%，之后逐渐增加。

SCF逸出的另一种可能是少量的SCF不能混入塑料熔体，随机地出现在塑件中，其原因往往是输送压力大幅度降低，使注射器打开时SCF急速涌入料筒，造成部分SCF难以迅速溶于塑料熔体，此时应保证输送压力降幅不超过1.5MPa，便可解决SCF逸出问题。6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策（6）短射：当微孔注射模存在排气不良之处时，就容易出现短射（注不满）现象。对策：降低锁模力、降低注射速度、改变速度分布；也可以通过改善模具排气、增加筋的厚度等方法加以解决。（7）注塑件重量变化：通常微孔注射工艺生产的塑件重量变化比不发泡塑件高2~3倍。产生原因：微孔注射成型时塑件最终的尺寸取决于泡孔长大，模腔内的压实压力不会改变塑件的收缩。对策：为解决塑件的重量变化问题，要求注射量和转变点必须一致，即刚好在达到注射量之前降低注射速度。若问题仍未解决，可考虑降低SCF用量、调整熔体压力和螺杆转速。6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策（8）螺杆复位不一致产生原因：SCF从溶液中逸出或SCF用量太高、熔体压力偏高等因素引起，它们使螺杆难以复位，尤其是低黏度的物料。对策：在SCF用量和熔体压力不变时，则可提高螺杆转速来解决，当问题仍然存在时，就应拆下螺杆并清洗干净，因为这最有可能是SCF逸出造成的。6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策四、微孔塑料注射模设计要点微孔注射成型与传统不发泡注射成型的区别：

1）熔体是塑料和超临界流体的单相溶液，其黏度比传统的塑料熔体低得多；

2）微孔的成核作用需要单相溶液压力发生突降，压力突降与充模过程有关；

3）泡孔在充模和冷却过程中长大，微孔注射成型既不需要长时间保压，也不需要高的保压压力；

4）泡孔尺寸及其均匀性由模腔压力和物料的冷却速率来控制。四、微孔塑料注射模设计要点四、微孔塑料注射模设计要点微孔注射模的设计与传统注射模有所不同，设计要点有：1、浇注系统设计微孔塑料注射成型要求单相溶液注入模腔时有明显的压力降，以保证泡孔成核，实现方法一是使用阀式浇口热流道系统，二是注射机使用锁闭型喷嘴。使用热流道阀式浇口：阀式浇口必须能承受24MPa以上的熔体压力而不泄露、滴料，否则单相溶液会在热流道系统内发泡。整个充模过程中流道系统都应保持流动平衡，使所有浇口都能均匀填充。所有的热流道浇口都必须是阀式浇口。四、微孔塑料注射模设计要点四、微孔塑料注射模设计要点1、浇注系统设计浇注系统设计应考虑通过正确的流道布置、缩短流程和合理的排气道尺寸来实现快速充模要求。其流道尺寸可以比传统注射模的浇道尺寸设计得更小。通常其主流道长度不超过50mm，小端直径取0.8~1.5mm，仅稍大于注射机喷嘴孔径，锥角可取4°~12°，以防止主流道凝料与浇口衬套粘结，难以脱模。为缩短浇道的冷却时间，宜采用导热率高的材料制造浇口衬套，并在衬套内或附近增设冷却水道，还可在主流道内设置分流锥，并开设导流槽，导流槽的宽度一般为2~3mm。四、微孔塑料注射模设计要点四、微孔塑料注射模设计要点1、浇注系统设计流道尺寸可减小到接近塑件的壁厚。浇口位置最好开设在靠近塑件中心位置，并使熔料流程控制在180mm以内，过长的流程会影响塑件外观。浇口位置还应使熔接线处有良好的排气，不宜开设在塑件外露表面，以免影响塑件外观。浇口位置应在塑件薄壁处，以便使熔体流向厚壁处，以实现塑件的更大减重。四、微孔塑料注射模设计要点四、微孔塑料注射模设计要点1、浇注系统设计浇口位置变化会影响到熔体充模的流程，不同的流程比（熔体流程与壁厚之比）对塑件的减重有一定影响。浇口类型：没有太多限制，除弧形潜伏式浇口不宜使用外，其它类型的浇口均可使用。四、微孔塑料注射模设计要点四、微孔塑料注射模设计要点2、型腔数与充模平衡型腔数：一般不宜太多，型腔数过多将使各腔的料流平衡十分困难。通常型腔数为1~4腔，较少的型腔数有利于充模平衡，并获得质量一致的微孔塑件。微孔塑料注射成型，保持熔体的充模流动平衡更为重要。型腔和浇注系统必须采用平衡式布局，使各型腔的制品发泡均匀一致。微孔塑料注射成型的缓冲或保压压力很低，若对模腔过保压则会使塑件密度明显增加，从而影响塑件的减重。四、微孔塑料注射模设计要点四、微孔塑料注射模设计要点2、型腔数与充模平衡试模时可通过调整流道尺寸和排气口大小来修正充模平衡；确定并消除影响充模不平衡的各种因素（如壁厚变化、浇口尺寸和形状、以及不良排气等）。此外，应特别注意避免因水道设置不合理而产生的热不平衡。3、排气设计微孔注射成型工艺是在低压下完成模腔填充和保压的，很难将所有气体都排出模外，加上需要高速注射的特点和部分发泡剂的溢出，使模具排气问题更为关键。四、微孔塑料注射模设计要点四、微孔塑料注射模设计要点3、排气设计排气不良：会造成模腔充不满，特别是在完全没有排气的局部密闭区域，如深筋底部、盲孔等部位。还会削弱微孔注射工艺塑件内应力低和减重的两大优势。微孔注射模应在需要排气的部位开设排气槽，并充分利用成型镶块、型芯、推杆等配合间隙进行排气。排气槽开设：分型面排气槽宽度累计可达分型面周长的40%~50%，新模开设排气槽宽度可占分型面周长25%，试模后再增加排气槽尺寸，或在关键部位增加新的排气槽。单个排气槽宽度应为5~12.5mm左右，深度可取该塑料材料不发泡注射时排气槽设计深度的上限值。四、微孔塑料注射模设计要点四、微孔塑料注射模设计要点3、排气设计排气槽开设：型腔最后填充部位的排气槽深度应比其它部位的深度增加50~75%，甚至更大，如此料流末端的压力会降低40~75%。排气槽长度应最小化，通常取1~2mm，有时排气槽长度可取0.5~1mm，甚至更小。分型面上所有排气槽都应直接通向大气。非分型面的排气槽，如镶块、型芯和推杆等配合间隙，其配合间隙应达到0.04mm，或开设0.05mm深的细槽排气。四、微孔塑料注射模设计要点四、微孔塑料注射模设计要点3、排气设计排气槽开设：流道的每个转向处均应设置排气槽；当凸台或深筋的深度超过塑件壁厚4倍以上，就应开设专门的排气口。侧抽芯滑块的深筋或凸台部位也应开设排气槽；个别无法利用上述方法排气的部位，可增设专门的排气销，排气销的排气间隙应取0.05~0.1mm，太小则达不到良好排气的效果。四、微孔塑料注射模设计要点四、微孔塑料注射模设计要点4、模具冷却系统设计冷却系统是控制和缩短成型周期的关键因素，对于微孔注射模不仅要考虑冷却充分和冷却平衡问题，还应注意防止模具冷却不充分的过热点问题。过热点位置，会使微孔塑件出现鼓泡和爆裂缺陷。所有镶块、侧滑块和型芯都应设置冷却水道，水道布局应尽可能均匀，且水道流程不宜串联过长，难以开设循环水道处应采用间接冷却的办法加以冷却。可采用导热效率高的材料来制造模具零件，以改善注塑件的冷却，加强模具自身的散热效果。例：浇口衬套、流道板、小型芯、冷却水管和镶块、型芯均要尽可能采用导热性好的材料，使成型周期尽量缩短。四、微孔塑料注射模设计要点微孔塑料注射成型技术2课件四、微孔塑料注射模设计要点5、模具表面要求高光表面对微孔塑料注射成型意义不大，实际只会恶化微孔注射工艺，使塑件表面产生流痕和银纹等缺陷。微孔塑料注射模采用有纹理或者有车削刀痕的模具表面更有利于成型，其注塑件表面的痕迹并不明显，因为粗糙的表面能使模面更好地与熔体接触。对于筋和凸台等部位，模具表面则需要进行抛光，以免塑件脱模困难。四、微孔塑料注射模设计要点四、微孔塑料注射模设计要点要想最大程度地发挥微孔塑料注射成型优势，模具设计时应注意以下几点：

1）尽量减少浇注系统所用的塑料重量；

2）通过平衡的浇注系统和模腔内均匀的流动路径，优化模具填充形式；

3）浇口位置应开在塑件的薄壁处，而不是厚壁处；并使模腔填充时物料的流程最短；

4）增加整个模具的排气通道，尤其是分型面处和盲孔处的排气；

5）采用各种方式加强模具的冷却效果，以保证塑件获得均匀、高效的冷却。四、微孔塑料注射模设计要点微孔塑料注射成型工艺微孔塑料注射成型工艺

工艺过程：分单相溶液的形成、均匀的成核作用、泡孔长大以及制品注射成型四个部分。一、塑料-气体单相溶液的形成单相溶液：指超临界状态的物理发泡剂均匀扩散到塑料熔体中，并达到热力学平衡状态的塑料熔体。单相溶液的熔体黏度大大低于塑料本身的黏度，一旦形成便在一定压力下保持，单相溶液是均匀成核作用产生的必要条件。用于微孔塑料成型的物理发泡剂有水、氩气、氮气和二氧化碳，其中氮气和二氧化碳的应用最为广泛，也是最易得到和使用的物理发泡剂。工艺过程：分单相溶液的形成、均匀的成核作用、泡孔长大以及制一、塑料-气体单相溶液的形成1、气体的扩散二氧化碳能很容易地从气态或液态转化为超临界状态，它是最通用的物理发泡剂，而氮气是最便宜的发泡剂。因两种发泡剂在塑料熔体中的溶解度和扩散速率不同，获得的微孔结构也不同。选择何种物理发泡剂取决于期望得到的微孔结构，而非发泡剂的使用难易程度或其成本的高低。一、塑料-气体单相溶液的形成一、塑料-气体单相溶液的形成1、气体的扩散气体在塑料熔体中的扩散受其扩散系数的影响。因氮气和二氧化碳在熔体中的扩散速率较接近，即泡核长大速率基本相同。若二者在熔体中的浓度相同，氮气会产生更多泡核，所产生的泡孔会比二氧化碳产生的更小。一、塑料-气体单相溶液的形成一、塑料-气体单相溶液的形成1、气体的扩散常温下CO2和N2气体扩散到塑料中需要很长时间。为加快扩散速度，缩短塑料-气体单相溶液的形成时间，必须提高温度和缩短扩散距离。采用增加塑料和气体两相混合物的剪切扭曲变形的方法，可缩短气体的扩散距离。气体在不同塑料熔体中的扩散时间与扩散系数有关，扩散系数越大，则扩散时间就越短。例如：气体在PET中的扩散时间约为1min，在PS、PVC和HDPE中约为10~20s，而在LDPE中仅几秒。一、塑料-气体单相溶液的形成一、塑料-气体单相溶液的形成2、气体在塑料中的溶解度气体在熔体中的溶解度是温度和压力的函数，可通过降低压力或提高温度的方法来改变气体在熔体中的溶解度，从而突然诱导单相溶液的热力学不稳定。高压时气体的溶解度会增加，而随着温度的升高，塑料中气体的溶解度会降低。表6-4：在27.6MPa压力和200℃温度下，N2和CO2在不同熔体中的溶解度，可见N2在塑料中的溶解度远小于CO2。一、塑料-气体单相溶液的形成3、超临界气体的应用因气体溶解量是饱和压力的函数，且气体扩散速率有限，为提高气体的溶解度和扩散速率，需要使用超临界的气体。广泛应用于微孔塑料的流体主要是CO2和N2。其它流体也可作为超临界流体使用，但应用于微孔塑料都存在一定的不足。3、超临界气体的应用4、塑料-气体溶液的物理性能因气体的溶入导致塑料-气体溶液性质发生变化，随着气体浓度的增加，其玻璃化转变温度和黏度均会降低。在高气体浓度下，塑料的玻璃化转变温度有可能降到常温以下，利用这一现象可在不加热塑料的条件下进行塑料制品的成型。例如，当PETG塑料中溶入约11%的CO2气体时，可使其玻璃化转变温度降至常温以下，其片材可在常温下进行吸塑成型，获得泡孔约为20μm的微孔塑料制品。溶解气体与添加液体增塑剂不同，它不是永久性地改变塑料的性能，一旦气体从塑料中溢出，塑料又会恢复其本来性能。塑料的结晶度会受气体浓度影响，例如，PET的结晶度随CO2气体浓度的升高而增加。4、塑料-气体溶液的物理性能二、泡孔的形成1、泡孔成核泡孔成核是形成微孔塑料的关键，泡孔成核可分为均相成核和异相成核两种。均相成核：它产生在均匀的塑料-气体单相溶液中，其泡孔成核所需的活化能是均匀的。异相成核：常产生在两种或两种以上材料的界面上，其成核所消耗的能量较低。当塑料中气体的过饱和度非常大时，则均相成核和异相成核会同时发生。传统发泡工艺，物理或化学发泡剂要与碳酸钙等粉末共混形成异相成核位置，因颗粒较大且数量有限，形成的泡核有限且不均匀，其泡孔尺寸通常达到几百微米。二、泡孔的形成二、泡孔的形成1、泡孔成核传统发泡工艺因泡孔不是同时成核，其尺寸分布也不均匀，最初成核的泡孔会生长得较大。微孔塑料成型工艺要求单相溶液经历瞬间变化的不稳定热力学过程，从而发生均匀成核作用。注射时使熔体压力发生瞬间变化，导致溶解于塑料熔体中的气体瞬间大量析出而形成数以百万计的泡核。注射时间一般要短到足以产生均匀的成核作用。高饱和压力下，当发泡温度超过熔点时，导致结晶相转为无定形相，产生大量泡孔成核位置，泡孔数量将急剧增加；当发泡温度低于熔点时，微小的发泡温度变化对泡孔密度和泡孔尺寸没有影响。二、泡孔的形成二、泡孔的形成2、泡孔生长泡孔长大是其抑制力和泡孔内气体压力的函数。成核一结束，泡孔就开始持续长大，直到熔体完全充满模腔，使泡孔内气体压力与泡孔表面张力和熔体的应力相平衡，泡孔将不再持续长大。泡孔尺寸：由饱和压力、塑料温度、泡孔内部气体压力决定。当温度很高时，泡孔扩张力超过熔体的抑制力，泡孔将会破裂而导致开孔结构的形成。泡孔形状和尺寸对微孔塑料的压缩强度和刚度有明显影响。泡孔近似球形时，其强度和刚度最好；泡孔尺寸小，制品具有更高的抗压能力。二、泡孔的形成二、泡孔的形成2、泡孔生长泡孔平均尺寸和均匀性取决于物料性质、工艺条件和模具的冷却速率。

PP微孔成型工艺：提高注射速度，就能提高泡孔成核密度，得到更好的泡孔结构；加快模具冷却速率，能更快建立起对泡孔长大的抑制力，更能获得细小均匀泡孔的制品，使制品性能保持得更好。二、泡孔的形成三、微孔注射成型工艺参数控制1、温度料筒温度在SCF发泡剂注入点之前部分，与不发泡制品注射工艺设定一样，但在SCF发泡剂注入点之后，温度设定值一般与SCF注入点之前最后一段的温度设定值相同。高熔融温度塑料或发泡剂用量大时，发泡剂注入点之后的温度可比注入点之前最后一段的温度低10~25℃。不含填料的半结晶塑料，熔体温度过高可能会使熔体黏度过低，气体容易扩散到料流前峰表面，造成气体损失，对塑件的减重和外观产生不利的影响。模温设定值一般比不发泡注射成型低。模温对微孔塑料制品外观会有影响，高模温和高料温能使塑件表面达到模具表面的质量。三、微孔注射成型工艺参数控制三、微孔注射成型工艺参数控制2、注射压力

SCF注入熔体后，熔体的玻璃化转变温度Tg降低，熔体的黏度降低，黏度降低会使注射压力降低。

SCF对熔体黏度的影响取决于材料种类、填料种类及填料用量。填料种类和用量之所以重要是因为SCF不溶于填料，也不能改变填料的黏度。故含填料的熔体黏度变化没有不含填料熔体的大。壁厚1.5mm以上的聚烯烃塑件生产时，熔体黏度变化不太明显，因正常情况下聚烯烃的熔体黏度已经很低。三、微孔注射成型工艺参数控制三、微孔注射成型工艺参数控制2、注射压力因注射压力减小，模腔压力也会降低，所需的锁模力也就减小，同一设备可生产更大的制品，或相同大小的制品可选更小的注射机。模腔压力降低，避免了制品产生过大的内应力，减小了塑件的变形。模腔压力降低还对内嵌件注塑、模内贴标（IML）和模内装饰（IMD）等成型非常有利。三、微孔注射成型工艺参数控制三、微孔注射成型工艺参数控制3、注射速度注射速度是影响微孔塑料制品外观的最关键因素。注射行程在7.5~25mm时，注射速度可设为2.5~12.5mm/s

注射速度一般最大不超过75mm/s，注射速度太大，熔体接触模壁时表面会起皱，塑件外观质量降低。注射速度若太慢，填充能力低，加上熔体温度降低，型腔不易充满，塑件表面不发泡层增厚，泡孔分布不均匀。薄壁或小注射量微孔制品，注射速度应较高，以保证良好的充模，并防止充模结束前SCF发泡剂扩散出熔体料流。普通冷浇道模具，开始的注射速度应较慢，之后可急剧上升，这样有利于控制泡孔结构，成型周期也会缩短。三、微孔注射成型工艺参数控制三、微孔注射成型工艺参数控制4、成型周期因模腔压力的大幅降低，熔体内部气体压力能提供充模所需的模腔压力，它极大地缩短了压实和保压过程，甚至不用保压，因此可缩短成型周期。成型周期很大程度取决于模腔冷却程度和均匀性，塑件温度最高的部位将决定制品的成型周期，也决定了微孔成型工艺最大的成型周期降幅。壁厚是决定成型周期的另一关键因素，当壁厚大于4.0mm（聚丙烯大于2.5mm）时，成型周期难以大幅度缩短，因为泡孔起到了隔热作用，降低了冷却速率。模具冷却效果差也会限制成型周期的缩短，还可能引起泡孔爆裂。三、微孔注射成型工艺参数控制三、微孔注射成型工艺参数控制5、SCF用量

SCF用量对微孔制品的外观有一定影响，为使外观质量达到最佳，SCF用量应小于0.10%，塑件减重应限制在15%。通常能溶于塑料的SCF最大用量氮气为1.5%~2.0%，二氧化碳为5%~7%；SCF浓度提高，所需塑化压力也要提高。多数微孔塑料都采用氮气作发泡剂，因为氮气所产生的泡孔尺寸比二氧化碳的小而且更均匀。三、微孔注射成型工艺参数控制三、微孔注射成型工艺参数控制5、SCF用量

表6-6为不同树脂材料常用的氮气用量，而二氧化碳的用量通常为氮气用量的3倍左右。三、微孔注射成型工艺参数控制三、微孔注射成型工艺参数控制6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策微孔注射成型存在外观和工艺两类问题，外观有表面起泡、爆裂、缩窝等问题，工艺则主要是SCF逸出、短射、塑件重量变化及螺杆复位不一致等问题。（1）内泡：常出现在不含填料的结晶型料塑件内部，严重时气泡有可能爆裂，内泡直径常为6~10mm，有时更大。产生原因：单相溶液中逸出的SCF气体被注入模腔，或是SCF没有溶于单相溶液；另一原因是SCF用量低，泡孔生长太大。对策：最有效的途径是降低SCF的用量，提高微孔塑料的熔体温度也有一定的效果；SCF用量偏低时，应增加其用量。三、微孔注射成型工艺参数控制6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策（2）表面起泡：塑件表面产生直径1mm以下的小气泡，与内泡的区别在于其表皮很薄，而且一般出现在浇口附近。表面起泡常见于不含填料的聚烯烃塑件，在PS、POM和不含填料的PC塑件上有时也会出现。产生原因：最直接的原因是物料通过浇口时的剪切过高，尤其是非结晶型塑料更易造成表面起泡；另一个原因是发泡剂与聚合物不相溶。对策：降低注射速度，至少在物料进入模腔前降低注射速度可以消除表面气泡；第二种原因可以考虑更换发泡剂。6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策（3）爆裂：爆裂或后发泡从外表看与内泡相似，但其内部的泡孔不是已被拉伸，就是已被毁坏。区别爆裂和内泡的方法是延长冷却时间，冷却时间的延长，爆裂会减少，甚至不产生，而内泡则不会发生变化。产生原因：塑件内部存在过热点，开模时因塑件局部物料刚度不够，就会产生爆裂。对策：降低模温、延长冷却时间或减少SCF用量都可避免爆裂的产生，值得注意的是减少SCF用量会产生泡孔结构变化问题。6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策（4）缩窝：塑件表面上出现直径1~2mm的凹陷点。产生原因：SCF用量偏低产生注塑件减重过大，在塑件近表面处形成过大泡孔引起。对策：增加SCF用量或者降低减重幅度。6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策（5）SCF从溶液中逸出

SCF逸出表现：偶尔出现短射、短射部位不固定；料流前峰位置会很硬很脆；产生内泡；注射量变化幅度高达40%；螺杆复位时间变化大；SCF入口压力和注射压力变化大等。对策：清洗料筒，重新开始；重新计算SCF用量，降低SCF用量，开始时只注入以前用量的50%，之后逐渐增加。

SCF逸出的另一种可能是少量的SCF不能混入塑料熔体，随机地出现在塑件中，其原因往往是输送压力大幅度降低，使注射器打开时SCF急速涌入料筒，造成部分SCF难以迅速溶于塑料熔体，此时应保证输送压力降幅不超过1.5MPa，便可解决SCF逸出问题。6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策（6）短射：当微孔注射模存在排气不良之处时，就容易出现短射（注不满）现象。对策：降低锁模力、降低注射速度、改变速度分布；也可以通过改善模具排气、增加筋的厚度等方法加以解决。（7）注塑件重量变化：通常微孔注射工艺生产的塑件重量变化比不发泡塑件高2~3倍。产生原因：微孔注射成型时塑件最终的尺寸取决于泡孔长大，模腔内的压实压力不会改变塑件的收缩。对策：为解决塑件的重量变化问题，要求注射量和转变点必须一致，即刚好在达到注射量之前降低注射速度。若问题仍未解决，可考虑降低SCF用量、调整熔体压力和螺杆转速。6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策（8）螺杆复位不一致产生原因：SCF从溶液中逸出或SCF用量太高、熔体压力偏高等因素引起，它们使螺杆难以复位，尤其是低黏度的物料。对策：在SCF用量和熔体压力不变时，则可提高螺杆转速来解决，当问题仍然存在时，就应拆下螺杆并清洗干净，因为这最有可能是SCF逸出造成的。6、微孔塑料注射工艺常见问题及对策四、微孔塑料注射模设计要点微孔注射成型与传统不发泡注射成型的区别：

1）熔体是塑料和超临界流体的单相溶液，其黏度比传统的塑料熔体低得多；

2）微孔的成核作用需要单相溶液压力发生突降，压力突降与充模过程有关；

3）泡孔在充模和冷却过程中长大，微孔注射成型既不需要长时间保压，也不需要高的保压压力；

4）泡孔尺寸及其均匀性由模腔压力和物料的冷却速率来控制。四、微孔塑料注射模设计要点四、微孔塑料注射模设计要点微孔注射模的设计与传统注射模有所不同，设计要点有：1、浇注系统设计微孔塑料注射成型要求单相溶液注入模腔时有明显的压力降，以保证泡孔成核，实现方法一是使用阀式浇口热流道系统，二是注射机使用锁闭型喷嘴。使用热流道阀式浇口：阀式浇口必须能承受24MPa以上的熔体压力而不泄露、滴料，否则单相溶液会在热流道系统内发泡。整个充模过程中流道系统都应保持流动平衡，使所有浇口都能均匀填充。所有的热流道浇口都必须是阀式浇口。四、微孔塑料注射模设计要点四、微孔塑料注射模设计要点1、浇注系统设计浇注系统设计应考虑通过正确的流道布置、缩短流程和合理的排气道尺寸来实现快速充模要求。其流道尺寸可以比传统注射模的浇道尺寸设计得更小。通常其主流道长度不超过50mm，小端直径取0.8~1.5mm，仅稍大于注射机喷嘴孔径，锥角可取4°~12°，以防止主流道凝料与浇口衬套粘结，难以脱模。为缩短浇道的冷却时间，宜采用导热率高的材料制造浇口衬套，并在衬套内或附近增设冷却水道，还可在主流道内设置分流锥，并开设导流槽，导流槽的宽度一般为2~3mm。四、微孔塑料注射模设计要点四、微孔塑料注射模设计要点1、浇注系统设计流道尺寸可减小到接近塑件的壁厚。浇口位置最好开设在靠近塑件中心位置，并使熔料流程控制在180mm以内，过长的流程会影响塑件外观。浇口位置还应使熔接线处有良好的排气，不宜开设在塑件外露表面，以免影响塑件外观。浇口位置应在塑件薄壁处，以便使熔体流向厚壁处，以实现塑件的更大减重。四、微孔塑料注射模设计要点四、微孔塑料注射模设计要点1、浇注系统设计浇口位置变化会影响到熔体充模的流程，不同的流程比（熔体流程与壁厚之比）对塑件的减重有一定影响。浇口类型：没有太多限制，除弧形潜伏式浇口不宜使用外，其它类型的浇口均可使用。四、微孔塑料注射模设计要点四、微孔塑料注射模设计要点2、型腔数与充模平衡型腔数：一般不宜太多，型腔数过多将使各腔的料流平衡十分困难。通常型腔数为1~4腔，较少的型腔数有利于充模平衡，并获得质量一致的微孔塑件。微孔塑料注射成型，保持熔体的充模流动平衡更为重要。型腔和浇注系统必须采用平衡式布