黃義俊
(寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 浙江 寧波 315800)

摘要：熱塑性結(jié)構(gòu)泡沫塑料成型技術(shù)是目前塑料制品成型與注塑模具成型的新技術(shù)。本文主要論述熱塑性結(jié)構(gòu)泡沫塑料成型技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，并對(duì)熱塑性結(jié)構(gòu)泡沫塑料成型工藝與傳統(tǒng)的注塑工藝的不同特點(diǎn)進(jìn)行闡述，并重點(diǎn)對(duì)熱塑性結(jié)構(gòu)泡沫塑料成型工藝過程中對(duì)成型設(shè)備與主要技術(shù)參數(shù)選擇等進(jìn)行了詳細(xì)地說明。
關(guān)鍵詞： 熱塑性； 結(jié)構(gòu)泡沫塑料；塑料模具；技術(shù)參數(shù)

Technological application of thermo-structural foamed plastics
HUANG Yi-jun
(Ningbo Polytechnic College， Ningbo 315800, China)

Abstract：Plastic structural foaming technology is a new-developed one in manufacture of plastic products and moulds ,  the paper mainly state the applications of thermo-plastic structural foam and make a description for the characteristics between the new technology and conventional forming technique, and make an emphasis on the choices of forming equipment and main  parameters during the form of thermo-plastic structural foam.
Key words： thermoplastic； structural foamed plastics；mould；technological parameters

0 引言
    熱塑性結(jié)構(gòu)泡沫模塑法與傳統(tǒng)的注塑法類似。不同處在于，發(fā)泡劑與聚合物熔體相混合，注入模具的體積較之成型的實(shí)心制品所需者要少。在注射壓力及聚合物和氣體混合物膨脹二者共同作用下使物料充滿模具。
    熱塑性結(jié)構(gòu)泡沫塑料制品具有一個(gè)多孔發(fā)泡芯層和四周連皮層、形成一個(gè)整體的結(jié)構(gòu)，它具有高的強(qiáng)度／重量比，與等重量同材料實(shí)心制品相比，其剛性要高出3－4倍。
    在與模具冷表面（型腔或型芯）的接觸中，塑料熔體形成一近乎實(shí)心的表皮，而在內(nèi)芯，氣體發(fā)泡膨脹形成微孔結(jié)構(gòu)。由于是膨脹的泡沫充滿模具的模腔，致使模腔的壓力相當(dāng)?shù)?，?.07～4.14MPa之間。這種方法極大地?cái)U(kuò)展了產(chǎn)品的類型和尺寸，這在模塑技術(shù)中是要關(guān)注的，重達(dá) 55kg的制品被模塑成結(jié)構(gòu)泡沫。

1 成型設(shè)備的選用
有幾種設(shè)備適用于低壓結(jié)構(gòu)泡沫塑料的模塑成型?？梢酝?0過對(duì)通用型注塑機(jī)加以改造。采用截流式注嘴、儲(chǔ)料器以及化學(xué)發(fā)泡劑，注射量一般限于 5000g以下，還必須對(duì)制品質(zhì)量和密度降低這兩者間作一些折衷。
    單一注嘴、高速的結(jié)構(gòu)泡沫塑料模塑機(jī)。注射量5000g以下，該機(jī)采用截流式注嘴、H級(jí)儲(chǔ)料器／擠壓機(jī)和化學(xué)發(fā)泡劑，注射壓力207MPa，可快速把物料注入模具中，雖然模腔壓力相對(duì)低，但仍可達(dá)到允許范圍的高值。多夾具工位的模塑機(jī)有各種各樣的構(gòu)型，如帶有轉(zhuǎn)位注射裝置的多個(gè)固定夾具者；帶有固定注射裝置的轉(zhuǎn)位夾具者；帶有熔融流動(dòng)換向器固定夾具者。
    一般說來，單個(gè)的模具被各個(gè)安裝在每一塊注塑機(jī)的固定板上，并單個(gè)進(jìn)入注射，注射量的可重復(fù)性是精確的，但局限于小制品且不如較大的一些設(shè)備好用。大批量低壓作業(yè)采用注射量達(dá)7000g多噴嘴的設(shè)備。采用多噴嘴允許設(shè)計(jì)人員把噴嘴安置在那些難以充填到的地方，以減少大制品的流道長(zhǎng)度。噴嘴放置得當(dāng)有利于密度的降低和分布達(dá)到最佳狀況。順序進(jìn)行模具模腔的充填使這些多噴嘴設(shè)備得以在同一注射周期中以不同的注射量注入多個(gè)模具中。注塑機(jī)的固定板往往是尺寸較大，其優(yōu)點(diǎn)在于低的模腔壓力，并提高了設(shè)備的生產(chǎn)能力。生產(chǎn)上，7500kN的設(shè)備帶有 3300 X 2180mm的固定板，注射量 7000g，注嘴36個(gè)。

2 成型工藝參數(shù)的合理選擇
2.1 合模力
通常，計(jì)算合模力的方法是利用模具型腔的水平分型面上的總投影面積來估算合模力，但是經(jīng)驗(yàn)法則也可用于計(jì)算所需要的合模力。典型實(shí)例：一塊游泳池的板，其面積約 200X400mm，采用高抗沖聚苯乙烯在一低壓多噴嘴設(shè)備中進(jìn)行成型，此時(shí)，200X400=800cm2，再乘以 300 p．s．cm．需用合模力約為2400kN。制品的構(gòu)型、器壁截面、聚合物粘度和流動(dòng)特性以及噴嘴的位置，都將影響所需的合模力。模具有16個(gè)噴嘴，操作者采用300～600p．s．cm．的較低壓力。
    薄壁制品如百葉窗或雙折對(duì)開的門，公稱壁剖面為3 mm，模具本身可能是側(cè)澆口形式，需要采用值 2.07—4.14MPa合模力中的高值。通常，單個(gè)噴嘴的高速注塑機(jī)在用投影面積計(jì)算所需合模力時(shí)，需要采用較高的3.45—4.14MPa合模力。長(zhǎng)的熔體流道（300 mm以上）往往需要較高的合模力和快速充模速率，以便在熔體凝固之前完成注射物料工作，所以需要高注射壓力。

2.2 注射量
注射量大小受制品重量和模塑件的支配，用把普通注射機(jī)改進(jìn)的機(jī)器生產(chǎn)出的結(jié)構(gòu)泡沫塑料制件時(shí)注射量往往受到局限，這是鑒于其典型的小注射容量以及缺少高充填速率所需的液壓流動(dòng)能力。目前大多數(shù)注塑機(jī)的注射量限于2-4kg。除非裝有特制的歧管裝置，一般一次只能用一個(gè)模具。注射量居中者（5～10kg）可以采用單噴嘴或多噴嘴低壓機(jī)器。大注射量（10—60 kg）制件往往是用低壓多噴嘴機(jī)生產(chǎn)出來的。
    應(yīng)該指出，注塑機(jī)規(guī)格中，列出之注射量往往指聚苯乙烯注射容量的克數(shù)。一個(gè) 3810cm3的熔體儲(chǔ)料缸注射約10kg的聚苯乙烯。如果采用聚烯烴，從這種3810cm3的熔體儲(chǔ)料缸出來之注射量下降到21kg，這是因?yàn)樵媳戎睾湍簻囟认聼崤蛎洸煌脑蛩隆?br />     對(duì)塑煉的要求是根據(jù)所需生產(chǎn)速度而定。模塑的原材料和制品的厚度決定著模塑生產(chǎn)的周期，以制品厚度出發(fā)確定周期的原則如下：
0.381～0.5cm     40—30周期／h
0.5—0.635 cm    30—24周期／h
0.635～0.762cm  24～18周期／h
0.762—1.27cm   13～12周期／h
    上述數(shù)據(jù)是利用合適的溫度和冷卻水的流動(dòng)，基于良好設(shè)計(jì)和得當(dāng)冷卻的注塑模具提出的。
    幾乎所有的熱塑性塑料都可應(yīng)用于結(jié)構(gòu)泡沫塑料的模塑技術(shù)中。它們的模塑制品都具有與基本樹脂相同的主要性能。實(shí)際物理性能取決于密度降低程度。表皮厚度、制品形狀和總體設(shè)計(jì)。高壓聚乙烯、抗沖擊聚苯乙烯、聚丙烯、改性PPO和ABS聚碳酸酯類工程塑料都在結(jié)構(gòu)泡沫塑料產(chǎn)品所用的主要熱塑性材料之列。根據(jù)它們的固有特性選擇這些材料，同時(shí)選擇應(yīng)用玻璃纖維、著色劑和紫外線抑制劑之類添加劑，就可以廣泛地滿足各種各樣的應(yīng)用要求。這里還包括抗耐粗暴裝卸、抗耐高溫和低溫、以及抗耐長(zhǎng)時(shí)間大氣曝露的性能。
    結(jié)構(gòu)泡沫塑料在諸多實(shí)際應(yīng)用中用來代替木材、混凝土、實(shí)心塑料和金屬。其優(yōu)點(diǎn)在于：低重量、低的原材料成本或制造成本，較好的剛性和穩(wěn)定性，不受侵蝕，較大的設(shè)計(jì)靈活性，以及改進(jìn)了耐化學(xué)性能和機(jī)械性能。結(jié)構(gòu)泡沫塑料的隔音性、低應(yīng)力集中、最小的凹痕以及電絕緣性和熱絕緣性，這些也是在諸多應(yīng)用中的優(yōu)異之處。像結(jié)構(gòu)泡沫塑料那樣的塑料材料可以真正稱作是設(shè)計(jì)工程師的工程塑料，不管它所用的基本原材料是什么。小心仔細(xì)設(shè)計(jì)，可以把許多部件和功能結(jié)合進(jìn)一個(gè)制品中，力求發(fā)揮出結(jié)構(gòu)泡沫塑料最突出的成本上的優(yōu)點(diǎn)。制品可以涂覆油漆或者修飾成木紋紋理樣，制成各種富有吸引力的表面裝飾。較低的模腔壓力允許設(shè)計(jì)和采用鋁或中碳鋼，這就較之傳統(tǒng)的注射模塑的成本要低。

3 技術(shù)應(yīng)用
結(jié)構(gòu)泡沫塑料生產(chǎn)方法對(duì)于模塑需要高剛性模塑塑料制品（包括大型制品或綜合多種功能的復(fù)雜制品）來是理想的。結(jié)構(gòu)泡沫塑料制品的應(yīng)用幾乎是沒有限制的，它集中于某些主要市場(chǎng)上—各種物料的裝卸搬運(yùn)、辦公室設(shè)備和商業(yè)設(shè)備，工業(yè)上和消費(fèi)者娛樂上，建筑、交通運(yùn)輸和家具。代表性的結(jié)構(gòu)泡沫塑料制品是：托板、工具箱、周轉(zhuǎn)箱和各種容器、售貨機(jī)和計(jì)算機(jī)機(jī)殼、辦公室櫥柜、蓄電池殼、公用輕便運(yùn)貨車、拖把小桶、原料罐、吊艇桿的軟梯、工作臺(tái)。草坪家具、玩具、窗框、幾淋浴座、百葉窗、花盆、雜品桶、椅架、拖拉機(jī)駕駛室的密封襯墊、飛機(jī)靠手、減壓閥頂蓋以及風(fēng)扇罩的嵌鑲結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)束語
  熱塑性結(jié)構(gòu)泡沫塑料成型技術(shù)是目前塑料制品成型與注塑模具成型的新技術(shù),我們可以充分利用熱塑性結(jié)構(gòu)泡沫塑料成型工藝所制造出的產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)，摸索與掌握這種塑料制品制造的主要工藝參數(shù),使熱塑性結(jié)構(gòu)泡沫塑料成型技術(shù)在注塑模具設(shè)計(jì)與塑料制品應(yīng)用方面充分發(fā)揮出它的作用,利用這種成型工藝所制造出的產(chǎn)品具有許多優(yōu)點(diǎn)，諸如：吸音、絕緣、重量輕、收縮減少以及可以避免縮影等；這種技術(shù)也可以用于緊公差塑料零件的制作，同時(shí)強(qiáng)調(diào)說明的是這種成型技術(shù)由于主要應(yīng)用在低機(jī)械強(qiáng)度、大尺寸以及非均勻一致的泡沫網(wǎng)格產(chǎn)品等而受到局限。

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surface finish of injection molded microcellular parts, Cell. Polym. 23 (2004)

作者簡(jiǎn)介：黃義?。?959-），男，遼寧沈陽人，副教授，研究方向?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)與制造技術(shù)應(yīng)用。