气体辅助注塑工艺的应用

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　　一、前言

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　　气辅注塑工艺是国外八十年代研究成功，九十年代才得到实际应用的一项实用型注塑新工艺，其原理是利用高压隋性气体注射到熔融的塑料中形成真空截面并推动熔料前进，实现注射、保压、冷却等过程。由于气体具有高效的压力传递性，可使气道内部各处的压力保持一致，因而可消除内部应力，防止制品变形，同时可大幅度降低模腔内的压力，因此在成型过程中不需要很高的锁模力，除此之外，气辅注塑还具有减轻制品重量、消除缩痕、提高生产效率、提高制品设计自由度等优点。近年来，在家电、汽车、家具等行业，气辅注塑得到越来越广泛的应用，前景看好。科龙集团于98年引进一套气辅设备用于生产电冰箱、空调器的注塑件。

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　　二、气辅设备

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　　气辅设备包括气辅控制单元和氮气发生装置。它是独立于注塑机外的另一套系统，其与注塑机的唯一接口是注射信号连接线。注塑机将一个注射信号注射开始或螺杆位置传递给气辅控制单元之后，便开始一个注气过程，等下一个注射过程开始时给出另一个注射信号，开始另一个循环，如此反复进行。气辅注塑所使用的气体必须是隋性气体(通常为氮气)，气体最高压力为35MPa，特殊者可达70MPa，氮气纯度≥98%。气辅控制单元是控制注气时间和注气压力的装置，它具有多组气路设计，可同时控制多台注塑机的气辅生产，气辅控制单元设有气体回收功能，尽可能降低气体耗用量。今后气辅设备的发展趋势是将气辅控制单元内置于注塑机内，作为注塑机的一项新功能。

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　　三、气辅工艺控制

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　　1.注气参数

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　　气辅控制单元是控制各阶段气体压力大小的装置，气辅参数只有两个值：注气时间(秒)和注气压力(MPa)。

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　　2.气辅注塑

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　　气辅注塑过程是在模具内注入塑胶熔体的同时注入高压气体，熔体与气体之间存在着复杂的两相作用，因此工艺参数控制显得相当重要，下面就讨论一下各参数的控制方法：

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　　a.注射量

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　　气辅注塑是采用所谓的“短射”方法(short size)，即先在模腔内注入一定量的料(通常为满射时的70-95%)，然后再注入气体，实现全充满过程。熔胶注射量与模具气道大小及模腔结构关系最大。气道截面越大，气体越易穿透，掏空率越高，适宜于采用较大的“短射率”。这时如果使用过多料量，则很容易发生熔料堆积，料多的地方会出现缩痕。如果料太少，则会导致吹穿。如果气道与流料方向完全一致，那么最有利于气体的穿透，气道的掏空率最大。因此在模具设计时尽可能将气道与流料方向保持一致。

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　　b.注射速度及保压

　　在保证制品表现不出现缺陷的情况下，尽可能使用较高的注射速度，使熔料尽快充填模腔，这时熔料温度仍保持较高，有利于气体的穿透及充模。气体在推动熔料充满模腔后仍保持一定的压力，相当于传统注塑中的保压阶段，因此一般讲气辅注塑工艺可省却用注塑机来保压的过程。但有些制品由于结构原因仍需使用一定的注塑保压来保证产品表现的质量。但不可使用高的保压，因为保压过高会使气针封死，腔内气体不能回收，开模时极易产生吹爆。保压高亦会使气体穿透受阻，加大注塑保压有可能使制品表现出现更大缩痕。

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　　c.气体压力及注气速度

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　　气体压力与材料的流动性关系最大。流动性好的材料(如PP)采用较低的注气压力。几种材料推荐压力如下：

　　塑料种类(MPa)熔纸(g /10min)使用气压

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　　PP 20~30 8~10

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　　HIPS 2~10 15~20

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　　ABS 1~5 20~25

　　气体压力大，易于穿透，但容易吹穿；气体压力小，可能出现充模不足，填不满或制品表面有缩痕；注气速度高，可在熔料温度较高的情况下充满模腔。对流程长或气道小的模具，提高注气速度有利于熔胶的充模，可改善产品表面的质量，但注气速度太快则有可能出现吹穿，对气道粗大的制品则可能会产生表面流痕、气纹。d.延迟时间延迟时间是注塑机射胶开始到气辅控制单元开始注气时的时间段，可以理解为反映射胶和注气“同步性”的参数。延迟时间短，即在熔胶还处于较高温度的情况下开始注气，显然有利于气体穿透及充模，但延迟时间太短，气体容易发散，掏空形状不佳，掏空率亦不够。

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　　四、气辅模具

　　气辅模具与传统注塑模具无多大差别，只增加了进气元件(称为气针)，并增加气道的设计。所谓“气道”可简单理解为气体的通道，即气体进入后所流经的部分，气道有些是制品的一部分，有些是为引导气流而专门设计的胶位。气针是气辅模具很关键的部件，它直接影响工艺的稳定和产品质量。气针的核心部分是由众多细小缝隙组成的圆柱体，缝隙大小直接影响出气量。缝隙大，则出气量也大，对注塑充模有利，但缝隙太大会被熔胶堵塞，出气量反而下降。

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　　五、气辅应用实例

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　　气辅注塑最适宜于具有粗大柱孔或厚筋的制品以及胶位粗大内部有孔穴的制品(如手柄类、衣架类)，国内几间大型电视机厂家都采用气辅注塑工艺生产电视机前框，可节省原材料10%～20%并大幅度降低锁模力。冰箱顶盖板是大型平板注塑件，质量要求高，其模具采用直浇口入胶，在传统注塑时极易产生变形，影响冰箱的装配。采用气辅后，变形量得到有效控制，拱曲变形量由原来的1.7～2 mm减少到0.5mm以下。空调器的横向风板是一长条型结构，截面形状“不规则”，由于表面不允许有熔接痕，模具采取单点水口入胶，料流程长，用传统注塑极易产生变形、缩痕，装在空调器上会影响风向电机的转动，严重者甚至会烧毁电机，因此改善变形量显得尤为重要。采用气辅工艺后此问题迎刃而解，变形量由原来的3～4mm降为1 mm以内。手柄则是另一类型的制品，在气辅出现前它是由两件制品装配而成，需要做两付模具而且装配后强度不够，整体也不够美观。采取气辅后可“合二为一”，省略一付模具及装配工序。

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　　六、总结

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　　气辅注塑是近年兴起的一项新工艺，在国外已得到广泛应用，在国内尚处于初始阶段，目前大型家电厂已陆续开始应用这项新工艺，相信随着各厂商对气辅工艺认识的加深，这项新工艺会应用得越来越普遍。