氣體反壓技術(shù)對注塑熔體填充過程和塑件性能影響規(guī)律的研究.pdf

1、氣體反壓(Gas counter pressure，GCP)技術(shù)是一種動態(tài)氣體壓力控制技術(shù)，其控制參數(shù)包括GCP壓力和GCP作用時間。近年來，GCP技術(shù)被成功應(yīng)用于注塑工藝，形成了GCP輔助注塑工藝。根據(jù)注塑工藝的不同，GCP輔助注塑工藝可分為GCP輔助常規(guī)注塑(Conventional injection molding，CIM)工藝、GCP輔助化學(xué)發(fā)泡注塑工藝和GCP輔助微孔發(fā)泡注塑(Microcellular injection

2、molding，MIM)工藝，上述三種工藝中使用的模具分別為GCP輔助CIM模具、GCP輔助化學(xué)發(fā)泡注塑模具和GCP輔助微孔發(fā)泡注塑模具，統(tǒng)稱為GCP輔助注塑模具。
　　在GCP輔助CIM工藝中，GCP技術(shù)可對填充過程中的熔體進行反向施壓，解決CIM工藝中流動前沿熔體壓力不足的問題，從而提高成型塑件的尺寸精度。在GCP輔助化學(xué)發(fā)泡注塑工藝和GCP輔助微孔發(fā)泡注塑工藝中，GCP技術(shù)可有效消除發(fā)泡注塑件表面的螺旋紋、銀紋等氣痕缺陷，顯

3、著提高成型塑件的表面質(zhì)量，無需常規(guī)發(fā)泡注塑件生產(chǎn)中的打磨、罩光及噴涂等二次加工工序，有效降低生產(chǎn)成本和能耗，減少環(huán)境污染。
　　但作為一項正在發(fā)展中的新型注塑成型工藝，GCP輔助注塑成型工藝尚存在許多亟待解決的科學(xué)問題和共性技術(shù)問題，尤其是在系統(tǒng)構(gòu)成、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、產(chǎn)品質(zhì)量控制及作用機理等方面。本文從工藝流程、模具型腔氣體壓力控制設(shè)備及控制系統(tǒng)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)備及生產(chǎn)線建立、工藝參數(shù)優(yōu)化、影響機理及力學(xué)性能等方面對GCP輔助注塑

4、工藝進行了系統(tǒng)研究。
　　基于GCP輔助注塑工藝原理，分析了GCP輔助注塑工藝的基本流程，建立了GCP輔助CIM工藝、GCP輔助化學(xué)發(fā)泡注塑工藝和GCP輔助微孔發(fā)泡注塑工藝成型周期的計算公式。根據(jù)GCP輔助注塑工藝要求，提出了模具型腔氣體壓力的控制方法和控制策略，自主研發(fā)了包含手動控制方式和自動控制方式的模具型腔氣體壓力控制系統(tǒng)，構(gòu)建了對應(yīng)的模具型腔氣體壓力控制設(shè)備。開發(fā)了一種盒形塑件的GCP輔助化學(xué)發(fā)泡注塑模具，提出了GCP輔助

5、注塑模具分型面、頂出機構(gòu)、氣體通道等關(guān)鍵部位的設(shè)計方案及設(shè)計準(zhǔn)則。在GCP輔助注塑工藝中，提高模具型腔氣體的加壓/卸壓效率，可有效縮短塑件的成型周期，提高塑件的生產(chǎn)效率。通過在分型面上加工密封凹槽并放置密封圈，實現(xiàn)了GCP輔助注塑模具分型面部分的密封。提出了一種密封圈壓板結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)了GCP輔助注塑模具頂出機構(gòu)的密封。GCP輔助注塑模具氣道采用主氣道和分氣道的設(shè)計方法，可在提高模具型腔氣體加壓/卸壓效率的同時保障成型塑件的質(zhì)量。通過自

6、主研制的模具型腔氣體壓力控制設(shè)備，與常規(guī)化學(xué)發(fā)泡注塑生產(chǎn)線進行了有機連接，構(gòu)成了GCP輔助化學(xué)發(fā)泡注塑生產(chǎn)線，實現(xiàn)了具有較高表面質(zhì)量的外觀塑件的GCP輔助化學(xué)發(fā)泡注塑生產(chǎn)，驗證了研制的模具型腔氣體壓力控制設(shè)備和提出的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的有效性。
　　針對GCP輔助CIM工藝，研究了GCP技術(shù)對熔體填充能力、熔體“泉涌效應(yīng)”、塑件密度、塑件尺寸精度及塑件力學(xué)性能的影響規(guī)律，通過正交實驗設(shè)計和信噪比分析，揭示了GCP壓力和注塑參數(shù)對GC

7、P輔助CIM塑件收縮率的影響規(guī)律，獲得了成型具有最小收縮率塑件的最優(yōu)工藝參數(shù)組合。研究表明，在GCP輔助CIM工藝中，提高注射壓力和/或減小GCP壓力可有效提高熔體的填充能力，提高GCP壓力或延長GCP作用時間可提高GCP輔助CIM塑件的密度和沖擊性能，GCP技術(shù)可有效降低GCP輔助CIM塑件的收縮率，與CIM樣條的收縮率相比，GCP壓力為9MPa、GCP作用時間為10s時成型的樣條收縮率降低了17.2％。GCP技術(shù)可大幅度提高有熔接痕

8、塑件的拉伸強度和彎曲強度，與CIM樣條相比， GCP壓力為9MPa、GCP作用時間為10s時成型的有熔接痕樣條的拉伸強度和彎曲強度分別提高了30.51％和23.69％。在GCP輔助CIM工藝中，GCP壓力是影響成型塑件收縮率最為重要的參數(shù)，其次為保壓時間、注射壓力、模具溫度、熔體溫度和保壓壓力，上述參數(shù)對塑件收縮率的百分比貢獻分別為61.232％、13.985％、7.260％、5.921％、5.918％和1.569％。
　　針對G

9、CP輔助化學(xué)發(fā)泡注塑工藝，研究了GCP技術(shù)對熔體流動前沿、塑件表面質(zhì)量和內(nèi)部泡孔的影響規(guī)律，揭示了GCP壓力、GCP作用時間、發(fā)泡劑含量、熔融溫度、注射壓力和注射速率與GCP輔助化學(xué)發(fā)泡注塑樣條發(fā)泡層厚度、泡孔直徑和泡孔密度的內(nèi)在關(guān)系。在GCP輔助化學(xué)發(fā)泡注塑過程中，GCP壓力越大，熔體流動前沿的泡孔破裂行為受到的抑制作用就越大，成型塑件的表面氣痕缺陷就越少，塑件的表面光澤度值就越高。研究還表明，在GCP輔助化學(xué)發(fā)泡注塑過程中，存在兩個

10、臨界GCP壓力，分別為熔體流動前沿泡孔不發(fā)生破裂的臨界GCP壓力和熔體不發(fā)生發(fā)泡行為的臨界GCP壓力。當(dāng)成型過程中GCP壓力不小于熔體流動前沿泡孔不發(fā)生破裂的臨界GCP壓力時，塑件表面無任何氣痕缺陷。較小的GCP壓力和GCP作用時間、較大的發(fā)泡劑含量、較高的熔融溫度、較大的注射壓力和合理的注射速率可成型發(fā)泡層厚度較大、泡孔直徑較小、泡孔密度較大的GCP輔助化學(xué)發(fā)泡注塑產(chǎn)品。
　　針對GCP輔助微孔發(fā)泡注塑工藝，系統(tǒng)研究了GCP壓力

11、及其作用時間對塑件表面質(zhì)量、泡孔形態(tài)和泡孔密度的影響規(guī)律，揭示了GCP壓力對微孔發(fā)泡注塑過程中熔體發(fā)泡行為的影響機理，研究了GCP壓力和注塑參數(shù)對微孔發(fā)泡注塑件表面縮痕深度的影響規(guī)律。研究表明，在GCP輔助微孔發(fā)泡注塑工藝中，增大GCP壓力或延長GCP作用時間均有利于提高塑件的表面質(zhì)量，改善塑件內(nèi)部的泡孔形態(tài)，在GCP輔助微孔發(fā)泡注塑生產(chǎn)中，應(yīng)以熔體流動前沿泡孔不發(fā)生破裂的臨界GCP壓力作為參考，選用等于或稍大于此臨界GCP壓力的GCP