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      氮氣注塑應用及過程

      氮氣注塑

      一、氣輔氮氣注塑的原理

      利用高壓惰性氣體(氮氣)注射到熔融的塑膠中形成真空截面并推動融料前進,實現注射、保壓、冷卻等過程。
      由于氣體具有高效的壓力傳遞性,可使氣道內部各處的壓力保持一致,因而可消除內部應力,防止產品變形,同時大幅度降低模腔內壓力,因此在成型過程中不需要很高的鎖模力,還可以減輕產品重量、消除縮痕等。 

      二、氣輔設備

      氣輔設備包括氣輔控制單元和氮氣發生裝置。它是獨立于注塑機外的另一套系統,其與注塑機的唯一接口是注射信號連接線。
      注塑機將一個注射信號注射開始或螺桿位置傳遞給氣輔控制控制單元之后,便開始一個注氣過程,等下一個注射過程開始時給出另一個注射信號,開始另一個循環,如此反復進行。  氣輔注塑所使用的氣體必須是惰性氣體(通常為氮氣),氣體最高壓為35MPa,特殊者可達70MPa,氮氣純度≥98%。

      氣輔控制單元是控制注氣時間和注氣壓力的裝置,它具有多組氣路設計,可同時控制多臺注塑機的氣輔生產,氣輔控制單元設有氣體回收功能,盡可能降低氣體耗用量。 

      三、氣輔工藝控制

      • 注氣參數  

      氣輔控制單元是控制各階段氣體壓力大小的裝置,氣輔參數只有兩個值:注氣時間(秒)和注氣壓力(MPa)

      氣輔注塑過程是在模具內注入塑膠熔體的同時注入高壓氣體,熔體與氣體之間存在著復雜的兩相作用,因此工藝參數控制顯得相當重要,各參數的控制方法如下:

      • 注射量

      氣輔注塑是采用所謂的“短射”方法,即先在模腔內注入一定量的料(通常為滿射時的70-95%),然后再注入氣體,實現全充滿過程。

      熔膠注射量與模具氣道大小及模腔結構關系最大。氣道截面越大,氣體越易穿透,掏空率越高,適宜于采用較大的“短射率”。這時如果使用過多料量,則很容易發生熔料堆積,料多的地方會出現縮痕。

      如果料太少,則會導致吹穿。 如果氣道與流料方向完全一致,那么最有利于氣體的穿透,氣道的掏空率最大。因此在模具設計時盡可能將氣道與流料方向保持一致。

      • 注射速度及保壓

      在保證制品表現不出現缺陷的情況下,盡可能使用較高的注射速度,使熔料盡快充填模腔,這時熔料溫度仍保持較高,有利于氣體的穿透及充模。氣體在推動熔料充滿模腔后仍保持一定的壓力,相當于傳統注塑中的保壓階段,因此一般講氣輔注塑工藝可省卻用注塑機來保壓的過程。

      但有些制品由于結構原因仍需使用一定的注塑保壓來保證產品表現的質量。但不可使用高的保壓,因為保壓過高會使氣針封死,腔內氣體不能回收,開模時極易產生吹爆。保壓高亦會使氣體穿透受阻,加大注塑保壓有可能使制品表現出現更大縮痕。

      • 氣體壓力及注氣速度 

      氣體壓力與材料的流動性關系最大。流動性好的材料(如PP)采用較低的注氣壓力。

      氣體壓力大,易于穿透,但容易吹穿;氣體壓力小,可能出現充模不足,填不滿或制品表面有縮痕;注氣速度高,可在熔料溫度較高的情況下充滿模腔。對流程長或氣道小的模具,提高注氣速度有利于熔膠的充模,可改善產品表面的質量,但注氣速度太快則有可能出現吹穿,對氣道粗大的制品則可能會產生表面流痕、氣紋。

      • 延遲時間

      延遲時間是注塑機射膠開始到氣輔控制單元開始注氣時的時間段,可以理解為反映射膠和注氣“同步性”的參數。延遲時間短,即在熔膠還處于較高溫度的情況下開始注氣,顯然有利于氣體穿透及充模,但延遲時間太短,氣體容易發散,掏空形狀不佳,掏空率亦不夠。 

      四、氣輔模具

      氣輔模具與傳統注塑模具無多大差別,只增加了進氣元件(稱為氣針),并增加氣道的設計。所謂“氣道”可簡單理解為氣體的通道,即氣體進入后所流經的部分,氣道有些是制品的一部分,有些是為引導氣流而專門設計的膠位。  

      氣針是氣輔模具很關鍵的部件,它直接影響工藝的穩定和產品質量。氣針的核心部分是由眾多細小縫隙太大會被熔膠堵塞,出氣量反而下降。

      五、氣體輔助注射成型工藝過程 

      氣體輔助注射成型的工藝有四個步驟

      第一步樹脂充模:模具部分地被熔體填充。

      第二步氣體充模:氮氣根據要求注入到熱的熔體中。氣體在高溫低壓區域流動訊速。氣體流動的方向通常是阻力最小的方向。根據設計,氣道要放在便于引導氣體到低壓區域的地方。用壓力氣體代替的塑件中厚截面處的熱熔融物料,用該壓力氣體來完成塑料的填充;

      第三步氣體保壓:由于熔體和氣體共同作用,在模具填充之后,氮氣留在塑件的氣體流道內,它有足夠的壓力使塑件壓實。隨后樹脂冷卻和收縮,氣體壓迫道還沒有凝固的樹脂到收縮造成的空隙中。用保壓壓力來消除塑件表面上的縮痕,并且保證在下一個成型周期,模具有較好的表面質量,以成型表面質量好的塑件;

      第四步氣體排出:整個工藝過程中需要的所有氣體,有開模之前必須排出。如果沒有及時排出壓力氣體,會使塑件脹大甚至脹破。

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