水辅助注塑成型技术及其进展.ppt

内容,引言 气体辅助注塑成型技术局限 水辅助注塑成型技术的加工原理 水辅助注塑成型的方法 水辅助注塑成型技术的主要特点 水辅助注塑成型的应用范围 水辅助注塑成型技术关键问题 结束语,一 引言,水辅助注塑技术(WAIM)是一种新型的生产中空或者部分中空制品的成型方法。这种方法形成空腔的原理与气体辅助注塑技术(GAIM)基本相似。,WAIM有着一个独特的优点:能够直接在制品内部进行冷却。由于水的热传导率是气体的40倍,热焓是气体的4倍;所以,WAIM的冷却能力可以使制品的冷却循环时间降至GAIM的25%。除了明显缩短成型周期外,WAIM能够成型壁厚更薄和更均匀的中空制品,更加节省原料;此外,WAIM还可以生产内表面非常光滑的制件,这在GAIM中是很难达到的。,虽然20世纪70年代初期,人们已提出了采用液体如水、油或聚合物溶液的注射作为形成空心体的方法;但由于所用的柱塞和注射装置产生的压力太高,而达到的流速太低,故结果并不令人十分满意。制件上具有无数的水孔,形成了泡孔或者孔洞,而没有形成空心体。 如今,在德国亚琛市的德国塑料加工研究所(IKV)开发的WAIM使这一古老的想法成为现实。IKV从1998年开始研发这种技术。,德国Herford市的Sulo公司是第一个实施这种技术进行塑料加工的厂家。 水辅助成型技术的第一个商业化应用是1998年由德国Sulo公司开发成功的材料成型的全塑超市购物手推车。该产品用气体辅助成型需要的时间是280，而用水辅助成型只需68,可见水辅助注塑成型是一项极具竞争优势的成型技术。,999年9月在德国费罗玛提克米拉克隆公司/Ferromatik Milacro的开放式实验室里第一次展示了WAIM技术。同时，在IKV的实验室里，用德国巴顿菲尔公司/Battenfeld出品的注射机进行演示。 2001年在德国Dussledorf举行的展览会上，水辅助注射成型技术引起不小的轰动。,可以预测，同气体辅助成型一样,水辅助成型技术不久将在塑料成型加工领域获得广泛的应用。,二 气体辅助注塑成型技术局限,气体辅助注塑成型(GAIM)是一种将惰性气体注入制件特定的熔融区域以形成空心制品的技术。该技术始于20世纪80年代，具有可减小翘曲变形、凹痕，提高表面质量，减轻制品质量，缩短成型周期，可成型壁厚差较大的制品等优点。目前GAIM技术已经广泛应用于汽车、家电、家具、日常用品等的制造领域。,但是GAIM技术不能生产大直径制品的缺点，限制了它的应用。另外对于直径相对较大的介质导管的生产，GAIM工艺仍存在相对较大的制品壁厚，又由于气体从内部传递热量，导致冷却时间增加，因而熔体发泡的危险增加，为了避免发泡，气体的保压时间或者气体的压力释放时间被延长，当然，这样也增加了循环时间。当制件的直径超过40 mm时,在气道形成后,还会存在熔体沿着模壁向下流动的危险。因此,GAIM难以应用于直径较大的中空制品的成型。GAIM技术的不足刺激了人们对新的注塑成型方法的开发研究,WAIM应运而生。,三 水辅助注塑成型技术的加工原理,水和气体之间主要的差异是气体具有可压缩性,而水不能。正是由于相对于气体,水的粘度和不可压缩性使得水能够在中空成型中起作用。在注射期间，以水不会蒸发的方式注射时,水的前沿象一个移动柱塞那样作用在制件的熔融芯上,从水的前沿到熔体的过渡段,固化了一层很薄的塑料膜,它象一个高粘度的型芯,进一步推动聚合物熔体,从而将制件掏空。水压推动它前进的同时,水还对熔体进行冷却。最后利用重力或者压缩空气将水从制件中排出，流进一个储罐，水可以再循环使用。WAIM能极大地缩短制品的成型周期，可用于生产轻质、坚固的中空制品，并具有良好的外观效果。,四 水辅助注塑成型的方法,根据具体工艺过程的不同，相应的WAIM技术也可以分为短射法、返流法、溢流法和流动法。其过程类似于气体辅助注塑技术中过程的变化, WAIM的加工顺序是聚合物填充,水注入,然后通过重力或压缩空气将水排出。,1 短射法(标准成型法或欠注法),优点: 比较适合于成型壁厚较大的制品,可节省材料。水和气体的进出口可以在同一个地方或相邻位置设置 缺点: 需要精密控制。如果开始注入的熔体太少,水有可能穿透熔体进入模腔。水注射的压力必须高于熔体压力才能将熔体推到型腔的末端。在熔体注射和水注射切换处的制品表面可能产生迟滞痕;因此,用于表面质量要求高(A级)的注射成型是不可行的。同时,短射末端的熔体可能形成一个相对较厚的部分,从而延长循环时间。,2 返流法 (熔体回流法或反推法),优点: 避免了短射法在由注入熔体后向注水切换时在制品表面上形成的滞留痕迹,可获得优质表面的制品； 缺点:需要一个特殊的喷嘴和检测环以使熔体能够回流到注射单元。在整个操作过程中必须非常小心，不能让水穿过熔体进入到料筒中。同时在每一步中必须控制好压力，使得退回的回流熔体与原来料筒中的物料一致，否则会由于回流料在压力或者温度上与原来物料的不一致而影响下一次的注射,3溢流法(副腔成型法),优点: 可以得到表面很光滑的制品，而所需的水压要比标准成型法小，同时其副腔中的物料也可以回收再利用。 缺点: 成型的制品通常需要进行二次剪切以分离制品与副腔中的余料,4 流动法(流动注射法),优点: 节省材料,同时水从制品芯部流向循环回路,增加冷却速率。速度快。 缺点: 制品末端(出水口)有表面缺陷，同时低的水压可能使水渗入制品和模具内表面之间。,五水辅助注塑成型技术的主要特点,水辅助注塑成型技术与气体辅助注塑成型技术相比较,其根本差别在于二者使用的辅助成型介质的性质不同。一种是液态的水,另一种是气态的氮气。水是不可压缩的,而气体则可以。水不但粘度高于气体,而且水的热传导率是气体的40倍,其热容量是气体的倍。由于水的流体特性,使水辅助注射成型具有如下特点:,1 缩短循环时间，成型周期短,水辅助注塑成型是将一定温度(1080 )的高压(30 Mpa)水注入模腔内熔体的芯部,因此水可直接从制品壁厚的芯部对制品进行冷却,而且这种冷却是随着制品形状由内到外均匀作用的,冷却充分,效果好,因此可大大缩短制品的成型周期。,研究表明,水辅助成型的冷却循环时间只有气体辅助成型的25%,甚至更低。如成型直径为10mm,壁厚1.01.5 mm的制品,气体辅助成型时间为60 s,而水辅助成型时间只需10 s;成型直径为30 mm,壁厚2.53.0 mm的制品,气体辅助成型时间需要180s,而水辅助成型时间只需40 s。,2 制品表面无缩痕,水辅助成型中注入模腔的熔体,是在高达近30 Mpa的水压力作用下紧贴模腔壁流动与冷却固化的,制品的整个成型收缩与冷却定型过程始终受到来自制品芯部的水压力的作用。制品壁厚密度高,冷却均匀,收缩一致,表面平整无缩痕,没有翘曲与扭曲变形,外观质量好。,3 可成型薄壁和内表面光滑的制品,由于水辅助成型所用的水温度远低于熔体温度,因此注入模腔的水与高温熔体接触的界面会因熔体温度迅速降低而立即形成一层光滑的高粘度固化膜,固化膜内侧的水在压力作用下向外均匀施压,使尚未凝固的制品壁厚受压而减薄,但水不会穿透固化膜进入壁厚,同时水流前锋面的熔体在水压力作用下向前推移使更多的熔体向前流动,从而获得壁厚较薄且内表面光滑的制品。,4 减小壁厚,节省材料,水辅助成型可成型比气体辅助成型所能达到的壁厚更薄的制品。因而节省材料,减轻制品重量,降低成本。研究表明水辅助注射成型可节省材料30%40%。,5 制品结构更均匀,气体辅助注塑时,由于产品空腔内部的传热性差以及低冷却率,因此内侧会形成较粗大的结晶结构。相反,水辅注塑时,因为水对内侧的良好冷却作用,制品的内部结构与普通注塑相似,即制品断面内材料结构比较对称,制品具有较小的晶相结构。,6水介质可重复利用,易于控制与获得,水的温度、压力、流量等易于准确控制,有利于保证成型制品的质量。水的来源比气体辅助成型用的氮气方便易得,经济有效。,7 增加排水工序,水辅助成型的制品冷却固化后,需排空排净制品芯部的水,然后脱模。目前有两种方法,一是靠水的重力排空;二是借助外界压缩空气的压力将水排出。后者排水干净,但需增加供气装置。,六 水辅助注塑成型的应用范围,水辅助注塑成型的应用范围与气体辅助成型基本一致,但它可成型比气体辅助成型具有更大更长的内部空间或更小壁厚以及内表面光滑的制品。既适用于小型制品的成型,也适用于大型制品的应用。,复杂形状的管状制品,这类制品用水辅助成型可获得更大的截面空间和较小的壁厚,节省材料,缩短成型周期。如各种手柄、扶手、家具腿、门把手和汽车上的冷却管路等。,厚壁中空制品,对壁厚或直径较大的制品,用水辅助成型可获得合理的结构刚度与较小的壁厚,大大减小制品的重量,节省原材料。同时降低了成型制品对注射机能力的要求。,水注射口 图8 采用WAIM工艺生产的形状复杂、大直径中空管,(直径60mm,长400mm),壁厚不均的复杂结构制品,这类制品的厚壁部分可通过水辅助成型避免传统注射成型工艺中因收缩不均而引起的翘曲、扭曲及表面缩痕等缺陷,从而获得表面平整光滑的制品,提高了制品设计的灵活性和自由度,特殊工艺品,另外,用水辅助注射成型生产特殊制品时不需排水将带有颜色的水注入到熔体芯部，并使其保留在内部，从而生产出外层为透明塑料、芯层为彩色水的美观制品。,在适用材料方面,发现PP、PA、ABS、ASA、PBT、HIPS都能成功地用于水辅注塑,但PS和PC不适合于水辅注塑。一种材料是否适合于水辅注塑,需要通过具体的试验加以确定。,七 水辅助注塑成型技术关键问题,利用现有的对气体辅助注射成型所积累的经验，来建立水辅助注塑成型技术和相关模具设计方法，以及了解水辅助注塑成型的可行性及局限性和成型质量，并与传统注塑成型以及气体辅助注塑成型做一比较，以建立完整的具有指导意义的 理论和技术资料，使水辅助注塑成型技术得到快速发展和应用，正是各国科学家的努力方向。目前，由于水辅助注塑成型技术还是一项新兴的技术，如下的关键问题亟待解决：,如何确定合适的水温、水压、流速以及熔体内部水的流动对树脂结晶化的淬火和制品性能的影响。,在注水前，注射压力和工艺方法在各个方面都是不变的，这就提出了怎么样注水和在哪注水的问题以及怎样把水排出去，用什么相关的设备和控制技术来完成等问题。其他问题集中在注水孔和阀门的设计以及模具的调整方面，特别是水的密封问题。这也是水辅助注塑成型不会很快取代气体辅助成型的原因所在。,水辅助注塑成型技术适应性的研究。需要利用各种不同高分子材料（含玻璃纤维和不含玻璃纤维以及其他微纳米添加剂等）对其工艺特性、结构特性、质量（力学性能、表面质量等）的基础研究、控制系统进行系统性的研究，以获得必要的技术资料。,八 结束语,水辅助注塑成型是近几年新兴发展起来的注塑成型技术，因此相关的研究与文献资料都相当有限，在整个设备的建立上几乎都没有完整的参考资料。但是从其与气体辅助注塑成型相比较可以看到，水辅助注塑成型在未来将有更广阔的应用领域。因此在现有条件下，充分利用已有的气体辅助注塑成型工艺研究基础开展有关水辅助注塑成型研究，不仅能填补国内空白，而且也可参与国际的科研竞争，促进其商品化进程。,