微發泡注塑成型材料的制備

1微發泡注塑成型材料的制備1目錄1.背景2.國內外發展狀況3.存在的問題4.改善的途徑5.制備過程6.制備方法的對比分析7.展望2目錄21.背景

隨著近年來能源的緊缺，導致塑料原料價格不斷上升，如何在保證產品性能的前提下來節約塑料原料，是目前研究的一個熱點。微發泡注塑成型就是在這個背景下所開發和研究的一項新技術，微孔發泡技術起源于20世紀80年代美國麻省理工大學，是一項新型的微孔塑料加工技術。31.背景隨著近年來能源的緊缺，導致塑料原料價格不1.背景

目前這項技術已被廣泛地應用于家用電器、航空航天、汽車等領域。41.背景目前這項技術已被廣泛地應用于家用電器、航1.背景

微發泡注塑成型技術是一項新型的微孔塑料加工技術，能在最大程度減重的基礎上保留制品的機械強度，微孔發泡塑料制品具備“皮芯”結構，可以在節省原材料基礎上，最大程度的保留未發泡時制品的機械強度。51.背景微發泡注塑成型技術是一項新型的微孔塑料加1.背景

微發泡注塑成型技術是一項新型的微孔塑料加工技術,能在最大程度減重的基礎上保留制品的機械強度，微孔發泡塑料制品具備“皮芯”結構，可以在節省原材料基礎上，最大程度的保留未發泡時制品的機械強度。61.背景微發泡注塑成型技術是一項新型的微孔塑料加1.背景

微發泡注塑成型技術是一項新型的微孔塑料加工技術,能在最大程度減重的基礎上保留制品的機械強度，微孔發泡塑料制品具備“皮芯”結構，可以在節省原材料基礎上，最大程度的保留未發泡時制品的機械強度。7完整切面外層

細胞核心外層1.背景微發泡注塑成型技術是一項新型的微孔塑料加2.國內外發展狀況

在20世紀80年代，麻省理工大學的Dr.NamSuh研究發明了微發泡成型工藝，這項工藝的主要目標有兩個：一是減少材料用量,二是細小的微孔可以阻止應力裂紋的延展,從而可以提高材料的韌性，增加材料抗沖擊性能。同樣,在受到外力作用是，封閉的圓形泡孔可以通過變形抵擋外力作用,從而可能增加部分材料的剛性。82.國內外發展狀況

在20世紀80年代，麻省2.國內外發展狀況

在20世紀80年代末期,人們開始大量的研究和發展微孔發泡成型工藝方法。1.JonathanColton研究了半結晶性聚合物材料泡沫成型理論，當溫度高于聚合物的煉點時，可以消除半結晶性聚合物材料的晶相結構，從而氣體可以溶解到聚合物的無定型結構當中。2.ChulPark和DanBaldwin研究了聚合物微孔發泡的連續擠出成型工藝,ChulPark同樣研究了在適宜生產狀態下的氣體溶解問題和可以作為成核設備的一種能夠產生瞬間壓力降的噴嘴。

92.國內外發展狀況

在20世紀80年代末期,2.國內外發展狀況

3.DanBaldwin研究了結晶性材料和非結晶性材料中微孔的結構。4.SungCha研究了超臨界流體的應用,比如C02如何能夠在焰體中溶解的更快，如何能夠產生更多的泡孔。超臨界流體的應用，使泡孔密度從109cells/cm3增加到1015cells/cm3。SungCha同樣發現在聚合物溶體中加入大量的氣體可以顯著的降低聚合物的玻璃化轉變溫度，因此，是可以在室溫條件下進行發泡的。所有以上的這些先人的大量研究成果奠定了微孔發泡的基礎。102.國內外發展狀況

3.DanBaldwi2.國內外發展狀況

微發泡技術的商業化應用始于1995年的Trexel公司，在1997年發明了一種用螺桿進行塑化和氣體注入，然后通過柱塞進行注射的注塑機。在這臺柱塞加擠出式的注射機進行微發泡注塑成型的成功嘗試之后，在1998年，Trexel和Engel兩家公司合作研制成功了第一臺往復螺桿式微發泡注射機，這臺機器的成功研制是微發泡注塑成型商業化歷史上的一座里程碑，迄今為止,仍是世界上應用最多的微發泡注塑機。112.國內外發展狀況

微發泡技術的商業化應用始2.國內外發展狀況

MuCell工藝介紹

122.國內外發展狀況

MuCell工藝介紹123.存在的問題

微孔發泡注射成型技術是近年發展起來的一種新型聚合物成型加工方法，可以降低加工溫度、降低注射壓力、減小對鎖模力、縮短成型周期和節約能耗。然而，這項技術也存在一些限制，最突出的是微孔發泡注射成型制品的表面質量不夠好，經常伴有氣穴和銀紋等表面缺陷。133.存在的問題微孔發泡注射成型技術是近年發展起3.存在的問題

當制品對外觀有嚴格要求時，微孔發泡注射成型技術的應用就受到限制。因此，如何改善微孔發泡注射成型制品的表面質量對于微孔發泡注射成型技術的發展具有重要意義。進而如何在促進微孔發泡注射成型技術發展的同時，可以降低設備成本和簡化流程，并且從根本上解決微孔制品表面質量不好的難題，對微孔發泡注射成型技術提出新的挑戰。143.存在的問題當制品對外觀有嚴格要求時，微孔發4.改善的途徑到目前為止人們對消除表面缺陷做了大量的研究，提出了很多改善SCF發泡制品表面質量的方法。例如為了減少或者消除制品表面的漩渦狀流痕，人們提出并發展了氣體保壓技術；將RHCM技術與微孔發泡技術相結合，制備高光亮制品；在模具表面貼一層熱絕緣薄膜制備低表面粗糙度的制品。154.改善的途徑到目前為止人們對消除表面缺陷做了4.改善的途徑氣體保壓技術是在注塑早期讓模具密封，這樣型腔中的高壓使得聚合物/氣體溶液在填充階段不能發泡，等填充完成后，釋放型腔中的壓力，這時聚合物/氣體熔體體系開始發泡。但這時，制品表面已經冷卻固化了，最終制品就不會出現發泡引起的流痕。164.改善的途徑氣體保壓技術是在注塑早期讓模具密4.改善的途徑快速熱循環注塑模具：一種利用各種加熱冷卻手段，通過模具溫度控制系統動態改變模具表面溫度，在高模溫填充和低模溫冷卻之間快速循環的一種新型精密注射成型工藝。是一種無熔痕、高光潔度的塑料成型技術其一般的工藝流程為：在開模和填充階段，加熱系統工作，將模具表面加熱到塑料的熱變形溫度以上，然后開始填充熔融物料，填充階段模具的溫度基本保持穩定的高溫。174.改善的途徑快速熱循環注塑模具：一種利用各種5.制備過程

185.制備過程185.制備過程注射成型技術通常可以用來批量生產具有復雜形狀的塑料制品。已經商業化的微孔發泡注射成型技術應用超臨界流體（N2）作為發泡劑，在注射機料筒中實現聚合物熔體和超臨界流體的混合，并形成單相體系，在熔體填充模具型腔的過程中完成微孔的成核和長大過程，最后在型腔中冷卻固定，完成微孔發泡注射成型的一個周期.195.制備過程注射成型技術通常可以用來批量生產具5.制備過程這項技術可以減輕制品的重量即降低原材料成本，并且可以減少制品冷卻時間即縮短成型周期。由于熔體填充模具型腔過程中注射壓力的降低，使鎖模力的需求降低，節約能耗。并且由于制品中的泡孔內部有一定的氣壓可以抑制塑料制品脫模后的冷卻收縮使微孔發泡注射成型制品具有很好的尺寸穩定性。205.制備過程這項技術可以減輕制品的重量即降低原5.制備過程微孔發泡注射成型技術的最初出發點是在保證材料機械性能的基礎上，降低原材料成本，減輕塑料制品的質量。微孔發泡注射成型技術可以生產質量輕，尺寸穩定性好，并且可以節省能源。一個完整的微孔發泡注射成型周期包括：注入定量的超臨界流體到注射機料筒中；在螺桿的作用下混合聚合物熔體和超臨界流體形成聚合物熔體/超臨界流體單相體系，并儲存在料筒中螺桿的前端；把單相體系注射到模具型腔中，泡孔成核和長大。215.制備過程微孔發泡注射成型技術的最初出發點是5.制備過程需要較短的冷卻時間，并且不用保壓；螺桿回退，頂出微孔制品，一個成型周期結束。考慮到成本和不同條件下的溶解度等因素，應用于微孔發泡注射成型的超臨界流體通常為氮氣或者二氧化碳。注入到注射機料筒中的超臨界流體需要精確計量，以保證制品重量及性能的可重復性。225.制備過程需要較短的冷卻時間，并且不用保壓；5.制備過程聚合物熔體/超臨界流體單相體系被注射過程中，離開噴嘴的一剎那，由于壓力迅速降低打破熱力學平衡，使超臨界流體在聚合物熔體中處于過飽和狀態，引發微孔成核。成核過程可以是均相成核或者異相成核。聚合物熔體/超臨界流體單相體系被注射到模具型腔中，發生相分離，不再是單相體系，而泡孔的成核和長大不斷進行，直到含有泡孔的聚合物填充滿整個型腔，隨著冷卻，泡孔最終被固定在聚合物基體中，完成沖模和冷卻過程。235.制備過程聚合物熔體/超臨界流體單相體系被注射6.制備方法的對比分析6.1MuCell工藝技術

Trexel公司的MuCell是其中應用最廣泛的微發泡注塑成型工藝方法。可能其他的一些注塑成型公司或者研究機構早于Trexel公司應用這項技術,但是,它們并沒有像Trexel公司一樣完成這項工藝的在實際應用中的商業化。246.制備方法的對比分析6.1MuCell工藝技術246.制備方法的對比分析6.1MuCell工藝技術

MuCell工藝使用往復式螺桿對超臨界流體和溶體進行混合,通過機筒把超臨界流體注入到往復式螺桿中。這樣充分利用了螺桿的剪切和混合作用,能夠快速完成超臨界流體的注入過程的同時,可以維持超臨界流體往螺桿和機筒中注入 的最小注射壓力,從而可以連續的微發泡注塑成型制品.256.制備方法的對比分析6.1MuCell工藝技術256.制備方法的對比分析6.2Optifoam工藝技術在噴嘴套筒之后,安裝有靜態混合器,這些飽含氣體的溶體可以在靜態混合器內進行進一步的混合分散均勻。這種工藝的優越性在于可以使用常規的注塑螺桿和機筒,而不需要對其進行修改,因此現有的常規注射機都可以改進用于Optifoam工藝的微發泡注塑成型。但是此工藝涉及到工藝的優化及燒結金屬元件的使用壽命問題266.制備方法的對比分析6.2Optifoam工藝技術266.制備方法的對比分析6.3ProFoam工藝技術微發泡注塑的最新技術是來自于IKV的ProFoam工藝,這是一種新型廉價的物理發泡注塑方法。這種工藝方法采用C02或者N2作為物理發泡劑,把它們直接引入到料斗中,然后在正常的塑化加工過程中,發泡劑會溶解到館融的煉體中。276.制備方法的對比分析6.3ProFoam工藝技術276.制備方法的對比分析6.2Optifoam工藝技術Optifoam微發泡技術是應用噴嘴作為超臨界流體注入的元件,相對于傳統的超臨界流體注入到機筒中的方法,這是一種革命性的創新工作,這種獨特的方法釆用了一個特制的燒結金屬套管,套管上有很多端口,可以使氣體分散微小的注入,另一方面,溶體流經此噴嘴時,在噴嘴流道和燒結金屬套管之間被分成了薄薄的流層。這樣氣體可以在短時間內注入到溶體中。286.制備方法的對比分析6.2Optifoam工藝技術286.制備方法的對比分析6.3ProFoam工藝技術

螺桿的加料段是密封的,這樣氣體可以在一定的壓力狀態下注入,但是在采用粒料時,可以在不需要加額外壓力的情況下便可以實現氣體注入。通過