气体辅助注射成型

气体辅助注射成型

2.1气体辅助注射成型概述

气体辅助注塑成型技术是一项新兴的塑料注射成型技术，此技术最早可追溯到1971年，美国尝试用加气注射成型方法制造中空鞋跟，但未取得成功，1983年英国采用低发泡注射成型法制造建筑材料时衍生出控制塑料制品内部压力的成型方法，称之为气体辅助注射成型。该技术很快得到迅速的发展，推动各行业的进步。

1、气体辅助注射成型的适用范围

气体辅助注射成型最大的优点是制品由于中空结构使刚性增加而不用增加质量，有时还能减轻。

由气体辅助注射成型制品有两大类：

1）封闭式气道封闭式气道制品主要是由一个厚壁截面和气体穿行的通道组成。如门把手、扶手、框架结构、中空管等。

2）开放式气道开放式气道制品主要是薄壁元件，类似于传统的加强筋结构制品。

2、气体辅助注塑技术的优点主要有：

1）制品残余应力降低

2）翘曲变形较小

3）减少/消除缩痕

4）更大的设计自由度

5）制品综合性能提高

6）与结构发泡相比，制品外观质量的到改善

7）中空制品有以下特点

——更加易于填充

——物料流动距离更长

——刚度与质量之比更大

8）与实心制品相比成型周期缩短

9）合模力吨位要求降低

10）注射压力降低

11）气道取代热流道系统从而使模具成本降低

3、气体辅助注塑技术的缺点主要有：

1）专利使用权限制。

2）附加的成本，一方面是气体辅助注射成型的专用设备要求的一定的附加费用；另一方面是气体的使用。

3）气体喷嘴的设计及位置的选择相当的困难。

4、材料

大多数热塑性塑料都可用于气体辅助注射成型加工，表1-1列出了一些常用的材料

PC SPS

聚醚酰亚胺

HDPE

气体辅助注射成型制品的优化设计需要注意以下三点：

1）气道布局的优化

2）气道尺寸与制品相关

3）平衡物料填充方式

气道在模腔内的布局既包括气体喷嘴的定位，也包括气道进入模具位置的选择，气体会沿着阻力最小的方向向前流动。在物料进入模具之后，模腔中压力最小的地方必须靠近气道的末端，这个压力差会促使气流沿着预期流道前进，从而推动物料充满整个型腔。布局中另外还要避免出现闭环气道。闭环气道会产生料塞，而使气流无法汇合。如图1-1所示：

图1-1 封闭的环形气体流道

气道尺寸要求其理论壁厚与气道直径的比值至少为2：1或者2.5：1。最大值则根据制品的几何尺寸及其在制品中的位置来确定。

不恰当的气道尺寸会引起以下一些问题：熔体前锋冻结，气体呈指状流动进入薄壁区域，发生气体喷出现象等。

模腔内物料的填充平衡是非常有必要的，特别是出现多个气道或者气道在模腔内出现分岔时。改善流道平衡的有效方法是改变气道的尺寸大小，比如说浇口附近气道因先填充所以要小些，而离浇口最远的流道为了填充平衡则要求最大。

气体辅助注射成型中有气流通过制品拐角处时，制品在拐角内侧的壁厚较小，我们在设计制品时就应注意到这个问题。气流一般会选择路径最短的方向流动，于是在气流通过拐角时便会靠内侧流动从而造成制品壁厚不均。为避免这种情况发生，需要在成型时采用尽可能大的气孔直径。如图1-2所示：

图1-2 转角内侧变薄

为提高制品的强度或硬度，我们可以采取在气道或与之垂直的壁上增设加强筋的办法。为增加制品加强筋刚度而采用的中空结构示意图。如图1-3所示：

图1-3气道加强筋的典型结构

6、应用

气体辅助注射成型技术最初只是应用于把手、桌子、庭院椅子等制品。随着这项技术本身的发展完善，以及采用气体辅助注射成型的制品结构设计的改进，气体辅助注射成型技术的应用变得越来越复杂多样。如：可用于生产小型货车车门把手；车门组件。对于小型制品需要考虑的一个重要事项是气体辅助注射成型设备的投资很难收回；在很多情形当中，虽然制品质量减轻可以节省材料，以及缩小制品成型周期，但是要抵消这部分开支也不是那么容易。

7、模具

气体辅助注射成型是由注射成型演变而来的。因此，这两中加工方式所采用的模具非常相似，材料也基本一样。

在设计模具时，重要的一点是要知道究竟采用通过喷嘴、从流道内或从制品内等三种进气方式中的哪一种进行气体辅助注射成型。如果采用从流道内和通过喷嘴进气的方式，为防止物料在注入以前就凝固，浇口尺寸要足够大。这对于子浇口或潜伏浇口来说非常关键，它们通常都比普通注射成型时的尺寸大一些。

从流道内或制品中进气等其他气体辅助注射系统，气体喷嘴位置的选择是非常棘手的问题。因为气体喷嘴必须包含在模具里面，冷却线位置或者其他模具功能可能会因此受到影响。

热流道能用于从制品内进气方式的气体辅助注射成型中。

2.2气体辅助注射成型方法

气体辅助注射成型原理是利用高压气体在塑件内部产生中空截面，利用气体保压代替塑料注射保压，消除制品缩痕，完成注射成型过程。

1、内部气体压缩过程

气体辅助注射成型过程（如图1-4所示）是先向模具型腔中注入经准确计量的塑料熔体（图a），再通过特殊的喷嘴向熔体中注入压缩气体，气体在熔体内沿阻力最小的方向扩散前进，推动熔体充满型腔并对熔体进行保压（图b），待塑料熔体冷却凝固后排去熔体内的

气体，开模推出制品（图c）。压缩气体一般选用氮气，因为氮气价廉、易得，且不与塑料熔体发生反应。

a) b) c)

图1-4 气体辅助注射成型过程示意图

a)注入熔体 b)注入气体及保压冷却 c)开模推出

（1）、气体辅助注射成型工艺分类

根据具体工艺过程的不同，可将气体辅助成型分为标准成型法、副型腔成型法、熔体回流法和活动型芯法四种。

1）标准成型法

如图1-5所示，标准成型法是先向模具型腔中注入经准确计量的塑料熔体（图a），再经过浇口和流道注入压缩气体，气体在型腔内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（图b），最后推动塑料熔体充满整个型腔并进行保压冷却（图c），待制品冷却到一定刚度和强度后开模推出（图d）。

图1-5 标准成型法成型过程示意图

a)注入塑料熔体 b)气体穿透 c)保压冷却 d)制品脱模

2）副型腔成型法

如图1-6所示，副型腔成型法是在模具型腔之外设置一个与型腔相通的副型腔，首先关闭副型腔，向型腔中注射塑料熔体直到型腔充满并进行保压（图a），然后开启副型腔，向型腔内注入气体，由于气体的穿透而多余出来的熔体流入副型腔（图b），当气体穿透到一定程度时关闭副型腔，升高气体压力对型腔中的熔体进行保压补缩（图c），最后开模推出制品（图d）。