用于高速注射成型的熱流道系統

用于高速注射成型的熱流道系統

　　膨脹注射成型和物理發泡成型為塑料成型工藝實現節省成本、優化產品和成型過程提供了新的可能。然而，即使是傳統的注射成型，也常常需要較高的注射速度，以實現對材料的可靠加工，而這兩種注塑技術尤其需要設定較高的標準，在此，適合的熱流道系統必不可少。

　　何種情況下速度是重要的

　　當需要生產具有薄壁結構的精美部件以及熔體流動路徑較長的部件時，快速注射是實現可靠生產的基本條件。當然，即便是生產大型部件，快速注射成型常常也必不可少。在此，選用適當的熱流道技術將有助于實現完美的加工以及獲得優良的產品。

　　即使是傳統的注射成型，也常常需要較高的注射速度，而在此介紹的兩種注塑技術尤其需要設定較高的標準，即膨脹注射成型和物理發泡成型。在膨脹注射成型中，熔體被壓縮在螺桿的儲料段或熱流道中，并充當著壓力的存儲介質。一般，在大約2000bar(2029kg/cm2)的壓力下，塑料熔體大約能夠被壓縮10%，這種特性通常被用于膨脹注射成型工藝中。然而，為了實現生產的可再現性，必須使預壓縮熔體的體積保持穩定。因此，在壓縮后，螺桿必須保持在一個精確的位置上。當閥式澆口噴嘴打開、大量的熔體流入到模具中時，它會承受較高的壓力。只有電機驅動的注塑機可以滿足這一條件，它允許在系統界限范圍內做出選擇性的軸向定位，即使是在高壓下也可保持該位置的穩定不變。如果在膨脹注射成型中使用了熱流道系統，那么高達2500bar(2536kg/cm2)的壓力就會積聚在熱流道系統中，并在定義的時間內保持不變，從而確保了所有的型腔均可獲得均衡的壓力。

　　為了成功地實現膨脹注射成型，必須確保所有的針閥能夠同時平穩地開啟。一旦針閥打開，被預壓在熱流道中的熔體就會爆發式地膨脹，并均勻地填滿型腔，從而允許非常薄的部件充滿成型。

　　就物理發泡成型如MuCell工藝而言，需要向系統中加入物理發泡劑，該發泡劑首先是在壓力的作用下溶解于塑料熔體中。當熔體注入型腔時，壓力降低，發泡劑膨脹，從而使熔體發泡。在此，使熔體以高速狀態注射到型腔中也是必要的，它有助于熔體在型腔中有選擇性地發泡成型。由此，便可生產出帶有發泡芯層和封閉表皮層的輕型部件。利用該工藝，能夠生產出壁厚小于1mm的發泡結構部件。

　　在發泡過程中產生的內部壓力會作用在部件的所有點上，在某種程度上起到了保壓的作用，從而能夠平衡或至少能夠減少凹痕、收縮和翹曲等缺陷。

　　注塑機必須能夠適應上述兩種工藝不同的要求。在膨脹注射成型中，有必要使用全電動注塑機以滿足精密計量和注射的要求。MuCell微發泡工藝要求使用特殊的螺桿和特殊的裝置，以便能夠將處于超臨界狀態的發泡劑注射到熔體中。這兩種工藝只有少許的差別，都能加工普通的聚合物。但是，液晶聚合物(LCP)不能采用MuCell工藝進行加工，但它非常適合于膨脹注射成型工藝。

　　閥式澆口熱流道系統必不可少

　　在上述兩種工藝中，必須使用閥式澆口熱流道系統，以便于在熱流道系統中積聚并保持必要的壓力。在膨脹注射成型中使用的熱流道系統不僅需要承受很高的壓力，而且必須確保用于多型腔模具的所有針閥都能夠同時而準確地開啟。位于德國Frankenberg的君特公司(GüNTHER Heisskanaltechnik GmbH)生產的側滑塊式提升板可以滿足上述要求。此產品由油缸軸向驅動，并通過側滑塊機構轉換成提升板的提升運動。由于是單一提升板的機械運動，從而保證了針閥開啟或關閉的同步動作。

　　在與注塑機制造商恩格爾(Engel)公司合作進行的一個X-Melt試驗中，君特公司將一副2腔模具用于2800bar(2840.6kg/cm2)的工作壓力下并保持0.5s的時間，然后檢查熱流道系統的泄漏情況。所做的注射成型試驗是采用多種不同的材料成型一個壁厚為0.5mm的試樣。在試驗中，熔體注射到型腔中的時間隨材料的不同而有所差異，例如，聚苯乙烯的注射時間是0.1s，而LCP的注射時間是0.04s。試驗結果表明：處于2800bar(2840.6kg/cm2)工作壓力下的熱流道系統密封完好，沒有熔體從閥式澆口噴嘴中流出。兩個型腔同時被填滿，從而實現了極高水平的生產再現性。膨脹注射成型的一個應用實例是生產摩擦盤。

　　正如試驗所顯示的，膨脹注射成型工藝可實現可靠的生產加工。該生產是將一個塑料部件注塑成型到一個條狀金屬基底上。由LCP材料成型的摩擦盤厚度為0.15mm，重0.02g。該成型操作所面臨的挑戰是，需要注射非常少量的材料并要確保成型過程的可靠穩定性。因為注射量非常低，因此只能使用閥式澆口熱流道系統。

　　該生產選用了一個專為加工LCP而設計的熱流道噴嘴。為了降低LCP材料的粘度以避免出現較高的剪切力，噴嘴的進料管采用了較狹窄的設計。

　　降低重量和成本

　　物理發泡成型的一個重要因素是，熔體在熱流道中不會膨脹，直到它進入型腔中。因此，在注射完熔體并隨之閉合模具后，熱流道噴嘴必須保持系統的壓力直到發泡劑完全溶解于熔體中。這可通過試驗得到證實。該工藝的一個應用案例是生產車門鎖外殼。這一壁厚為1.1mm的部件是采用MuCell 工藝、由POM材料制成的。該客戶的目標是通過減少材料的用量，以及縮短循環時間、減少翹曲和凹痕缺陷來達到降低成本的目的。由于熔體中的氣體能夠降低熔體的粘度，因而可實現快速注射成型。這些微孔泡沫允許獲得同質的收縮行為，從而可避免在較厚部位產生凹痕。該生產中使用的熱流道噴嘴是由君特公司提供的8NLT80噴嘴，針閥的運動是由液壓驅動的單針閥進行驅動的。

　　當采用物理發泡工藝時，針閥是通過單針閥而運動的，這些單針閥的數量取決于型腔的數量。用MuCell技術生產出的車門鎖外殼重量減少了10%。

　　同一的溫度控制至關重要

　　基于君特熱流道技術的閥式澆口熱流道噴嘴(N_T噴嘴)帶有的軸套機構，使其非常適用于膨脹注射成型和物理發泡成型。該噴嘴的優點是可實現精確的溫度控制。特別是對于一些技術型聚合物，由于它們都屬于加工窗口較窄的半透明材料，因此有必要對整個噴嘴長度進行均一的溫度控制。為了達到這一目的，這些噴嘴擁有一個由雙組分構成的軸套，以起隔熱的作用，軸套的前端采用鈦合金制成。

　　對于所有的閥式澆口熱流道系統而言，最重要的是：當模具閉合、針閥進入到注射澆口中時，要確保其準確地居于中心位置，即在針閥與針閥導向件的接觸處的密封區域。這有助于消除熱流道系統的磨損。在君特熱流道系統中使用的針閥導向件由粉末金屬鋼制成，它具有極高的硬度和強度。

　　如果一個元件磨損了，可以對其進行更換。當產品出現毛邊時，只需要更換被磨損的針閥導向件，而不需要修補模具嵌件。

　　膨脹注射成型和物理發泡成型為塑料成型工藝實現節省成本、優化產品和成型過程提供了新的可能。然而，要實現對材料的可靠加工，適合的熱流道系統必不可少。為此，君特為這些應用而專門設計了各種閥式澆口熱流道系統，它們已在多個實際應用中證實了其有效性。

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