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气体辅助注射成型技术原理及应用
气体辅助注射成型(Gas-Assisted Injection Molding, GAIM)技术最早可追溯到20世纪70年代,该技术在20世纪80年代末得到了完善并实现了商品化。从20世纪90年代开始,作为一项成功的技术,气体辅助注射成型技术在美、日、欧等发达国家和地区得到了广泛应用。目前该技术主要被应用在家电、汽车、家具、日常用品、办公用品等加工领域中。
气体辅助注射成型技术的工艺过程
气体辅助注射成型技术的工艺过程是:先向模具型腔中注入塑料熔体,再向塑料熔体中注入压缩气体。借助气体的作用,推动塑料熔体充填到模具型腔的各个部分,使塑件最后形成中空断面而保持完整外形。在成型后的制品中,由气体形成的中空部分被称为气道。由于具有廉价、易得且不与塑料熔体发生反应的优点,因此一般所使用的压缩气体为氮气。
气体辅助注塑成型周期可分为以下六个阶段。
塑料充模阶段
这一阶段与普通注塑成型基本相同,只是普通注塑成型时塑料熔体是充满整个型腔,而气体辅助注塑成型时塑料熔体只充满局部型腔,其余部分要靠气体补充。
切换延迟阶段
这一阶段是塑料熔体注射结束到气体注射开始时的时间,这一阶段非常短暂。
气体注射阶段
此阶段是从气体开始注射至整个型腔被充满的时间,这一阶段也比较短,但对制品质量的影响极为重要,如控制不好,会产生空穴、吹穿、注射不足和气体向较薄的部分渗透等缺陷。
保压阶段
熔体内气体压力保持不变或略有上升使气体在塑料内部继续穿透,以补偿塑料冷却引起的收缩
气体释放阶段
使气体入口压力降到零。
冷却开模阶段
将制品冷却到具有一定刚度和强度后开模取出制品。
根据具体工艺过程的不同,气体辅助注射成型可分为标准成型法、副腔成型法、熔体回流法和活动型芯法四种。
1、标准成型法
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(如图1a所示),再通过浇口和流道注入压缩气体。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(如图1b所示),最后推动塑料熔体充满整个模具型腔并进行保压冷却(如图1c所示),待塑料制品冷却到具有一定刚度和强度后,开模将其顶出(如图1d所示)。
2、副腔成型法
副腔成型法是在模具型腔之外设置一个可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(如图2a所示)。然后开启副型腔,向型腔内注入气体。由于气体的穿透,使多余出来的熔体流入副型腔(如图2b所示)。当气体穿透到一定程度时,关闭副型腔,升高气体压力以对型腔中的熔体进行保压补缩(如图2c所示),最后开模顶出制品(如图2d所示)。
3、熔体回流法
熔体回流法与副腔成型法类似,所不同的是模具没有副型腔。气体注入时,多余的熔体不是流入副型腔,而是流回注射机的料筒, 如图3所示。
4、活动型芯法
活动型芯法是在模具型腔中设置活动型芯。首先使活动型芯位于最长伸出位置,向型腔中注射塑料熔体,直到型腔充满并进行保压(如图4a所示)。然后注入气体,活动型芯从型腔中逐渐退出以让出所需的空间(如图4b所示)。待活动型芯退到最短伸出位置时,升高气体压力实现保压补缩(如图4c所示), 最后制品脱模(如图4d所示)。
气体辅助注射成型技术的设备配置
气体辅助注射成型技术所需配置的设备