从传统注射成型衍生的成型工艺

从传统注射成型衍生的成型工艺
摘要：随着人们对塑料制品品质要求的提升，而传统的注射成型无法满足工艺需要，于是，从传统的注射成型技术中衍生了一些列新型的注射成型工艺。

本文着重介绍了气体辅助注射成型和反应注射成型的原理及应用。

简要罗列了现今几类常用的新型注射成型技术。

关键词：塑料加工；注射成型；新工艺
1 引言
塑料注射成型是将粒状或粉状的塑料原料加进注射机料筒，塑料在热和机械剪切力的作用下塑化成具有良好流动性的熔体，随后在柱塞或螺杆的推动下熔体快速进入温度较低的模具内，冷却固化形成与模腔形状一致的塑料制品。

[1]
注射成型的成型周期短(几秒到几分钟)，成型制品质量可由几克到几十千克，能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的模塑品。

[2]因此，在塑料成型行业有着广泛的应用，注塑制品的产量占塑料制品总量的30 %以上。

然而，随着人们生活水平的提高，对塑料制件的品质要求也越来越高，渐渐的，传统的注射工艺，无法满足生产的需要，于是，从传统注射成型衍生了一系列新的注射成型工艺。

如气体辅助注射、反应注射、多点进料注射、层状注射、熔芯注射、低压注射等。

本文综述了各类新型注射成型技术发展衍变，并重点阐述了两类常用的新型注射技术的应用。

2 概述
2.1 传统注射成型工艺的历史和缺陷
塑料注射成型技术是根据压铸原理从十九世纪末二十世纪初发展起来的，到如今已经有了100多年的历史了，所以，渐渐的各种缺陷，也显露出来了，如压力损失大，收缩、凹痕等。

虽然可采取一些补救措施如多浇口、提高保压压力、采用等壁厚设计等，但不能解决根本问题，还可能带来其他各种新的问题。

2.2 新型注射成型工艺简述
为了改善产品，从传统的注射成型技术上，衍生发展出了一系列新型的注射技术，现今比较常用的有气体辅助注射、共注射成型、多点进料注射、推拉注射、熔芯注射、层状注射、受控低压注射、注射- 压缩、反应注射及结构发泡注射等。

3 气体辅助注射
3.1 气体辅助注射成型的原理及设备
气体辅助注射成型技术主要是为了减轻重量和（或）节省循环时间等而逐渐发展起来的。

它是自往复式螺杆注塑机问世以来，注射成型技术最重要的发展之一。

气体辅助注射成型的原理是将先往型腔内注射一定的塑料熔体，并只部分填充型腔，然后．通过气孔、浇口、流道或直接注入压缩气体，气体在型腔中塑料熔体的包围下沿阻力最小的方向扩散前进，对塑料熔体进行穿透和排空，作为动力推动塑料熔体充满模具型腔并对塑料熔体进行保压，待塑
料熔体冷却凝固后开模顶出。

这一工艺克服了注射成型
的一个重要的缺限：缩痕。

3.2 气体辅助注射成型的优
点
1)可成型壁厚差异较大制
品及复杂的三维中空制品。

这是
由于气辅成型可利用气体以形成气道形式将制品较厚的部分挖空，从而能减少壁厚不均匀现象。

2)产品重量轻、强度高。

气辅成型原料消耗比传统注射方法可减少10％～50％。

另外，气辅成型可通过气体加强筋增加截面惯性矩，提高制品刚度和强度。

3)生产周期大大缩短。

由于气体穿透保压，去除了熔体补缩保压时间，且因气体充填减少了壁厚不均匀现象，其冷却时间大为减少，从而缩短了成型周期，提高生产效率。

4)降低注射机注射压力和锁模力要求。

气辅成型中气流通道内无压力损失，使得型腔压力仅为传统注射成型压力的10％-75％，锁模力仅为传统模具锬模力的25％-75％，从而降低了对注射机注射压力和锁模力的要求。

同时，模腔内压力降低还可减少模具损伤并降低对模具壁厚的要求。

5)制品缺陷大幅度减少。

气辅成型中型腔内压力分布均匀，残余应力较小，制品翘曲倾向小。

另外，保压过程中气体压力可使制品外表面紧贴模具型腔，所以制品表面不会出现凹陷。

此外，采用气辅成型可将制晶较厚部分掏空以减小甚至消除缩痕，提高表面质量，降低了废品率。

6)简化模具浇注系统。

气辅成型模具中可将浇注系统(不包括主流道)设计在制品内部
从而对复杂大型制品采用从主流道单点直接浇注，省略了流道，还可消除多浇121造成的熔接纹。

[3]
3.3 气体辅助注射成型的应用
气辅技术为许多原来无法用传统工艺注射成型的制件采用注射成型提供了可能，在汽车、家电、家具、电子、日常用品、办公自动化设备、建筑材料等几乎所有塑料制件领域已经得到了广泛地应用，并且作为一项带有挑战性的新工艺为塑料成型开辟了全新的应用领域。

当前，气辅技术尤其适用于以下几方面的注塑制品:管状、棒状制品；大型平板制件；厚、薄壁一体的复杂结构制品等等。

3.4 气体辅助注射成型的进一步发展
近年来又发展了一些新的气体辅助注射技术，如液化气体辅助注射(Liquid Gas - Assisted InjectionMolding) [4，5]及振动气体辅助注射(Vibrated Gas2As2sisted Injection Molding) [6]等
4 反应注射成型
4.1 反应注射成型的原理
反应注射成型RIM(Reactive Injection Molding 简写作RIM)。

成型过程中有化学反应的一种注射成型方法，这种方法所用原料不是聚合物，而是将两种或两种以上液态单体或预聚物，以一定比例分别加到混合头中，在加压下混合均匀，立即注射到闭合模具中，在模具内聚合固化，定型成制品。

即将聚合与成型加工一体化，或者说，直接从单体得到制品的“一步法”注塑技术。

RIM的主要工艺参数与普通注射具有本质差异(见表1) 。

[7]
4.2 反应注射成型的优点和缺点
[8]
优点：
∙真空状态加料，加工工艺清洁；
∙成型温度低，节省能原消耗；
∙成型压力低，低于1.0Mpa，成型设备和模具的造价低；
∙适合小批量生产；
∙成型品的边角余料少，材料利用率高；
∙模具制造容易，大型、复杂型部件可随意成型；
∙应用领域非常广泛，如汽车内外饰大型塑件，电视机、计算机、控制台外壳，家具仿木制品，管道、冷藏器、热水锅炉、冰箱等的隔热材料；
∙设计自由，壁厚悬殊的产品可整体成型；
∙大大降低开模成本和开模周期；
∙产品表面质量高，涂装性能好且可模内漆涂装；
∙可成型发泡或弹性的零件；
∙更容易定位、预埋镶嵌件；
∙大型壁厚和有壁厚悬殊的产品时，几乎没有表面缩痕，其用在生产外壳类和面板类的产品时非常有优势。

缺点：
∙因为是合成反应的材料，所以能用于反应注射成型（RIM）的原料有限；
∙模具制造一半然后镜像，上、下模不能独立加工。

4.3 反应注射成型的应用
当前RIM 技术主要用于汽车部件的生产，其它工业用途也在逐渐扩展。

用作RIM 技术生产的主要材料为聚氨酯、尼龙和环氧树脂。

4.4 反应注射成型的发展方向
RIM 是指无增强材料反应注射成型技术，在此基础上又发展出增强反应注射成型RRIM ( ReinfocedReacation Injection Molding) 和结构反应注射成型SRIM ( St ructural Reacation Injection Molding) 技术。

RRIM 是在RIM 过程中加入短纤维或片状增强材料等，把反应物和增强材料通过混合头注入模具型腔形成制品；SRIM 通常是将长纤维增强垫预置于模具型腔内，再将反应物注入垫中的工艺过程。

这两种工艺的主要目的是使增强后的制品具有较好的刚性、耐热性，并降低热膨胀系数以减小热变形。

5 简述其余的注射成型技术
5.1 推-拉注射成型
推- 拉注射成型是另一种将振动引入注射成型的工艺，它采用主、辅两个注射单元和一个双浇口模具。

工作时，主注射单元推动熔体经过一个浇口过度充填模腔，多余的料经另一浇口进入辅助注射单元。

辅助注射螺杆后退以接受模腔中多余熔体进入；然后辅助注射螺杆向前运动向模腔注射熔体，主注射单元则接受模腔多余熔体，主、辅注射单元如此反复推拉，形成模腔内熔体的振动剪切流动，当靠近模壁的熔体固化时，芯部的熔体在振动剪切的作用下产生取向并逐渐固化，形成高取向度制品。

一般制品成型需10 次左右的循环，最高的可达40 次。

5.2 熔芯注射成型
熔芯注射成型的基本原理是：先用低熔点合金铸造成可熔型芯，然后把可熔型芯作为嵌件放入模具中进行注射成型，冷却后把包含有型芯的制件从模腔中取出，再加热将型芯熔化。

为缩短型芯熔出时间，减少塑件变形和收缩，一般采用油和感应线圈同时加热的方式，感应加热使可熔型芯从内向外熔化，油加热熔化残存在塑件内表面的合金表皮层。

[9]
5.3 夹芯注射成型
夹芯注射成型是在结构发泡成型技术的基础上发展起来的一种新的成型方法，它应用两个注射单元，先向模腔注射一种塑料熔体，而后再向模腔注入另一种塑料熔体，后一种塑料熔体完全被第一种塑料熔体包覆而形成芯层。

利用夹芯注射成型技术可以制造皮层为硬质材料而芯层为发泡材料的厚壁塑件，通过不同材料的组合可以获得特别性能的塑料。

[10]
5.4 层状注射成型
层状注射成型是一种兼有共挤出成型和注射成型特点的成型工艺，能在复杂制件中任意地产生微刻度分层形态。

该工艺同时实施两种不同的树脂注射，使其通过一个多级共挤模头，各股熔体在共挤模头中逐级分层，各层的厚度变薄而层数增加，最终进入注塑模腔叠加，保留通过上述过程获得的层状形态，即沿制品厚度方向两种树脂不是呈无序共混状态存在的，而是复合叠加在一起。

[11]
5.5 受控低压注射成型
受控低压注射成型与传统注射成型的主要差别在于:传统注射成型充填阶段控制的是注射速度，而低压注射成型充填阶段控制的则是注射压力，在低压注射过程中，型腔入口压力恒定。

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5.6 结构发泡注射成型
结构发泡塑料制品是指具有致密表层而芯部为多孔发泡结构的塑料制品，它具有坚硬、光滑的表面质量和较高的强度/ 质量比，与等质量同材料实心制品相比，其刚性要高出3 - 4 倍。

结构发泡注射成型(St ruc2tural Foam Injection Molding 简写作SFIM) 方法很多，但根据成型制品的组分可将结构发泡注射成型分为单组分和双组分两种。

而双组分是指制品的表层和芯部采用不同的原料配方，表层的原料中一般不含发泡剂，以使表层密实光滑。

[13]
6 展望
新型注射加工工艺前景广阔，随着科技水平的进一步提升，特别是近段时间计算机技术的高度发展，通过计算机辅助，注射工艺应会向更深层次的精密化、自动化、无人化方向发展。

而如今，环保节能形成了一种新的呼声，所以，注射成型也需要向着绿色节能方向发展。

“无可能的应用”将由于合理的成型工艺不断改进而成为现实。

参考文献
[1] 李倩，陈静波，刘春太，申长雨中国塑料第十五卷第十期
[2] 百度百科塑料注射成型
[3] 郭志英阮雪榆王红英气体辅助注射成型
[4]马玉录，茅晓东，何曼君。

高分子材料科学与工程，1994 ，(6) :120 - 125。

[5] JAMES F STEVENSON。

Innovation in Polymer Processing :Molding[M] ，Hanser Garnder ，1996。

[6] IBAR J P。

Plastics Engineering ，1999 ，(9) :51 - 53。

[7] 百度百科反应注射成型
[8] 申长雨，陈静波，刘春太，李倩工程塑料应用，1999 ，27(10) :27 - 30。

[9] 黄诗君, 章争荣, 赖旭东复合熔芯注射成型的工艺研究塑料科技2005,165
[10] 钱欣夹芯注射成型研究进展塑料工业2005,s1
[11] 工程塑料应用2007,04
[12] 塑料加工江苏维达机械有限公司2003,38,02
[13] 国外塑料2004,05。