气辅成型在现代塑料件生产中的应用

黑龙江 王殿君 梁英

气辅成型在现代塑料件生产中的应用

黑龙江 王殿君 梁英

一、气辅成型概述

将气体作为工作介质应用到高分子材料加工技术中来，最先是在注射成型中应用，所以这项技术通常被称作气体辅助注射成型技术。

气辅成型技术在近10年来发展起来的革新成型技术，也可说是注塑技术的第二次革命。气辅成型作为一项成功的技术，越来越多的应用于电视机外壳、空调器外壳、冰箱外壳等壳体类制品生产。与传统的注塑成型相比，气体辅助注塑成型有下列优点：

1.减少内部的残留应力，从而减弱甚至完全消除翘曲变形状况，同时增加其机械强度和刚性。

2.成品壁厚部分的中央是中空的，可以减少原料，特别是短射和中空型的模具，塑料最多可以节约达30%。

3.减少或消除加强筋造成的表现收缩凹陷现象。

4.降低制品的收缩不均，提高制品的精密度。

5.设备耗减，大量减少锁模力，可以用小吨位的注塑机替代大吨位的注塑机。

6.利用气道来形成加强结构，提高成品的强度。

7.减少射入点。

8.缩短成期。

9.厚薄比大的制品也能通过气辅一次成型。

10.改变传统成品设计观念，能使用一体化设计来减少附属的零组件。

气体辅助注塑成型有下列缺点：

1.由于气体具有压缩特征因而不容易作精确控制，加上对周围操作环境敏感，因此工艺的重复性与稳定性比传统工艺差。

2.国内技术和经验问题导致资源较浪费（废品率高）。

目前用于的产品有：汽车门把手、座椅、保险杠、门板、电视机外客、空调、冰箱等

二、气辅成型的基本原理

气辅成型技术的主要原理是：先注入一定量的熔融塑胶（通常为90%-98%，以产品的总胶量而言）可通过分析计算+经验。然后再在熔融塑胶内注入高压氮气，高压氮气在熔融的塑胶内沿预设的路径形成气道（最好是和流向一致当然有特殊具体情况你决定）。使不到100%的熔融塑胶充满整个模腔，此后进入保压阶段，同时冷却，最后排气、脱模。高压氮气进入塑料后自然会穿越粘度低（温度高）和低压的部位，并在冷却过程中利用气体高压来保压而紧贴模具壁成型。

一般来说，典型的气辅成型过程可以分为以下几个阶段：

1.按照一般的注塑成型工艺把熔融塑料注入型腔；

2.在塑料尚未充满模腔之前，将高压氮气射入；

3.高压气体推动制品中央尚未冷却的熔融塑料流动，一直达到型腔的末端，最后将型腔填满；

4.模腔内塑料件内部的中空部分继续保持高压，压力迫使塑料想外紧贴模具，直到完全冷却下来；

5.塑料制品冷却定型后，排除制品内部的高压气体，然后开模取出制品。

三、气辅成型的工艺控制

要进一步体现气辅成型的优点，关键是降低产品废损率。以下就从高压氮气管理、制品及模具设计、工艺参数的设置和气辅成型制品缺陷与处理等方面，谈谈如何提高气辅成型合格率的问题。

1.高压氮气管理

根据生产需要合理配置氮气压缩机数量。如果配置的压缩机能力过剩，设备利用率低，浪费生产成本；反之，如果配置的压缩机能力不足，压缩机将超负荷工作，从而大大缩短使用寿命，而且出口氮气压力也可能无法达到工艺要求的30MPa左右，致使制品表面出现缩痕等缺陷。如果同一车间使用多台压缩机，应将其并联起来协同工作。这样不但可以平衡各台压缩机的工作时间，而且还可以保证出口压力更加稳定。

氮气发生装置产生的氮气含有大量的油水及杂物，应将其清除。如果油水分离器分离不彻底，将使部分油水及杂物进入气辅控制装置，堵塞气辅控制阀或气针，造成加气时升压慢、排气时降压慢的问题，使制件出现缩痕、吹裂等缺陷。严重时气辅控制装置根本无法工作。所以在氮气发生装置后安装油水分离器并定期排放油水是非常必要的，这样不但可以大幅度降低气辅设备的故障率，延长设备使用寿命，而且可以大幅减少批量废品的产生。

2.制品及模具设计

对于空调、电视机外壳等塑料件采用气辅成型后，制品壁厚可减小到2～3mm，同时可设置粗厚的加强筋和设置较长的自攻螺钉柱。在设计加强筋螺钉柱、加强柱等内部结构时，连接处应采用较大的圆弧过渡，以利于氮气的填充。对于电视机外壳塑料件，其喇叭窗网采用了微孔成型技术。微孔部分的厚度应设计为1.5～210mm，同时应在通孔背面设置加强筋，孔的脱模斜度应为5～10°或更大，以保证制品顺利的填充和脱模。

气道横截面一般为半圆形，其直径的设计要求尽量小且保持一致，一般为壁厚的2～3倍，因为过大或过小会对气道末端的穿透不利；气道拐弯处应有较大的圆弧过渡，在加强筋、自攻螺钉柱、加强柱等结构的根部可布置气道，以利用结构件作为分气道补缩。

进气方式可采用气针或喷嘴进气，现大量采用间隙式气针进气。间隙式气针有如下技术要求：

（1）气针的配合间隙应小于0.02 mm,以防止熔料进入气针间隙；

（2）气针外周与模具的密封必须良好,要求使用耐高温的密封圈；

（3）气针的结构形式要求能防止在冷却过程中氮气从气针与制品之间的间隙逸出；

（4）气针位置离浇口不能太近。因为在充填时浇口附近料温最高，粘度较低，易使熔料进入气针间隙，造成制品缩痕、吹裂等缺陷。

在进行流道、浇口的设计时，由于气辅成型取消了注射补偿，故可以设置较少的流道和浇口数量。为保证较快的充模速度，应将流道和浇口适当扩大。潜伏式浇口直径一般设为1.5mm左右。过大的浇口尺寸，会增加浇口凝固时间，影响生产效率，而且还可能引起氮气经浇口和流道后串入料筒的危险。

在进行冷却设计时，由于气辅成型对冷却效果要求更高，所以必须保证模具冷却平衡及冷却良好因在模具的镶件上开设冷却水路较难，故镶件可采用铍铜等导热性好的材料制作。

3.工艺参数的设置

(1)熔料温度

气辅成型应采用较高的熔料温度。一方面，提高料温可以保证快速充模，提高模内熔料的总体温度，降低模内熔料的粘度，从而降低加气时的充填阻力；另一方面，提高料温有利于减小制品热应力，保证制品质量。如果使用HIPS塑料，料筒最高温度可设置在235～245℃。

(2)模具温度

模温应按加工的材料要求设定。太高的模温不利于生产效率的提高，而太低的模温又无法保证制品的顺利充填。另外，不适当的模温会引起气辅成型制品表面出现缩痕等缺陷。

(3)锁模力

气辅成型由于大大降低了注射压力，故需要的锁模力也降低了。但太低的锁模力会使制品出现毛刺，产生的毛刺不但会影响装配，而且高压氮气在充填时可能会从毛刺逸出，引起制品缩痕。

(4)预充填量

气辅成型的预充填量应保证90%～95%或更高。预充填量太大，制品中空体积变小，影响气道的形成，制品易出现缩痕；预充填量太小，制品中空体积变大，可能造成吹穿和自攻螺钉柱吹空等缺陷。

(5)注射速度和注射压力

气辅成型一般采用高速注射。高速注射可以产生大量剪切热，以利于加气时降低气体充填阻力，但高速注射应以不发生制品烧焦和排气不良为原则。气辅成型可用较低的注射压力实现高速注射。因为一方面熔体粘度低，充填阻力小;另一方面开设的气道可起到引流作用。

(7)冷却时间

对于气辅成型，冷却时间的长短应能保证主流道顺利脱出，同时保证高压氮气卸压完成。通常，壳类制品要求的冷却时间比主流道要求的短。

(作者单位：鸡西大学)