国外高分子材料新型注射成型技术(精)

国外高分子材料新型注射成型技术
发布时间：2004-3-21 14:51:09 浏览数：5引言
在21世纪已经到来的今天，高分子材料已经成为支持人类文明社会发展的科学进步的重要物质基础。

众所周知，高分子材料技术是以合成技术、改性技术、形体设计技术、成型加工技术、应用技术和回收再利用技术为基础的综合技术，但由于高分子材料是为了制造各种制品而存在的，因此从应用的角度来讲，以对其进行形状赋予为主要目的的成型加工技术有着重要的意义。

高分子材料的主要成型方法有挤出成型、注射成型、吹塑成型、压延成型、压制成型等等，其中注射成型因可以生产和制造形状较为复杂的制品，在高分子材料的成型加工方法中一直占有极其重要的位置。

本文主要参考近年来发表的日本有关成型加工方面的文献，着眼于高分子材料注射成型技术的最新发展动向，概要地介绍若干种用途较为广泛的注射成型新技术的原理。

气体辅助成型法(GAM，Cas Assist Molding)
GAM法的要点是在树脂充填(不完全充填)完成后，利用型腔内树脂冷却前的时间差，将具有一定压力的惰性气体迅速地注入成型品内部，此时气体可在成品壁较厚的部分形成空腔，这样即能使成品壁厚变得均匀，防止产生表面缩痕或收缩翘曲，使制品表面平整光滑。

GAM法近年来发展较快，国外很多公司为了进行专利回避，相继开发了具有不同特征的新方法，如日本旭化成公司的AGI法(Asahi Gas Iniection)、三菱工程塑料公司的CINPRES法(Controlled Internal Pressure)及出光石油化学公司的GIM法(Gas Injection Molding)等等，但各方法原理完全相同，如AGI法是将惰性气体(一般为N2)喷嘴设在注射机料口喷嘴内部，而CINPRES法是将惰性气体喷嘴设置在模具上，且可以是1个也可以是几个。

注射压缩成型法(IPM，Injection Press Molding)
IPM法技术由日本三菱重工业、名古屋机械制作所、出光石油化学等公司相继开发成功。

有整体压缩法和部分压缩法之分。

整体压缩法成型是首先在保持模具一定开度的状态下合模，将树脂充填(不完全充填)进去，而后利用油缸压缩使模具的动模移动至完全合模的情况下充填树脂(不完全充填)，压缩不是靠整个动模移动，而是靠动模板上制品赋形面部分(可以是全体也可以是一部分)的移动而实现的。

注射压缩成型法的优点是可以采用较低的注射压力成型薄形制品或需较大成型压力的制品，一般适用流动性较差且薄壁的制品，如高分子量PC或纤维填充工程塑料等。

模具滑合成型法(DSI，Die SlideInection)
DSI法由日本制钢所开发．有DSI-2M法和M—DSI法之分，DSI-2M法主要用于中空制品制造，而M-DSI主要用于不同树脂的复合体制造，其原理完全相同。

如使用DSI-2M 法时，首先将中空制品一分为二，两部分分别注射，然后将两部分阴模(半成品仍在模具中)滑移至对合位置，在制品两部分结合缝再注人树脂(2次注射)，最后得到完整的中空成型制品。

和吹塑品相比，该法制品具有表面精度好、尺寸精度高、壁厚均匀且设计自由度高(如L型)等优点。

在制造形状复杂的中空制品时，DSI和传统的二次熔接法(如超声波熔接)相比，其优点是：a不需要将半成品从模具中取出，因而可以避免半成品在模具外冷却引起的制品形状精度下降问题；b可以避免二次熔接法因产生局部应力而引起的熔接强度降低问题。

但为了提高制品的熔接强度，DSI法也应根据制品的要求，采取不同的接合形状。

如凹口对接：适用于对接合强度要求不高，但对外观形状要求较高的制品；嵌入对接：适用于即对接合强度要求较高，又对外观形状要求较高的制品；交织对接：适用对熔接性较差的塑料制品；封合对接：适用于即要求接合强度较高，又要求密封性较高的制品，如制造压力容器时一般需采用该方法。

此外，日本制钢所还开发其他12种接合形状，并对其适用性进行了较为详细的评价。

可见在DSI法中接合形状的设计是至关重要的。

剪切场控制取向成型法(SCORIM，Shear Controllcd Orientation Injection Molding)
SCORIM技术由英国Brunell大学开发，通常用于玻纤或碳纤维将不可避免地在垂直于流动方向上取向(和熔接痕方向平行)，最终造成制品强度的降低。

它在模具上开设两个主流道，从注射喷嘴射出的熔融树脂将分别沿这两个主流道充满型腔，同时利用SCORIM装置将两个液压油缸的活塞分别设于主流道上，当熔融树脂充满型腔后，两活塞将一进一退反复振荡，此时熔接痕部位的玻纤或碳纤维将被迫沿着剪切力场方向取向，该技术不仅可提高熔接痕中度，也可消除制品内部的缩孔或表面的缩痕。

由于纤维增强是制备高强度制品的重要方法，因此有关利用剪切场控制纤维取向的注射成型新技术较多，除SCORIM法外，较典型的有：由德国Klockner Ferromatik Desma公司开发的推拉法(Push-Pull)，该法和SCORIM法原理相同，主要区别是用两个注射机螺杆代替活塞进行反复振荡；日本宝理公司开发的层间正交法(Cross Layer Moldint)是在浇口垂直方向上设置两个加压杆或加压板，使制品芯部处于熔融状态的树脂再次取向，最终使处于制品表面层的纤维和处于芯层的纤维方向垂直，可以减少纤维增强制品力学性能下的各向异性。

硬化PC薄片表面镶嵌成型法(CFI Coated Film Insert Injection)
CFI法由三菱工程塑料公司开发，主要利用表面硬化或硬化并彩印的PC薄片进行表面镶嵌成型。

其概要是行将冲切好的PC薄片装在模具上，然后合模并在所定的条件下注射成型，既可以得到单面镶嵌，也可以得到双面镶嵌硬化PC薄片的制品。

该方法克服了对制品进行表面硬化处理难度大、效率低的缺点，可以先在平面状的PC薄片上进行涂装和硬化处理，再将其按所需形状冲切后镶八模具，而后靠注射树脂的压力和温度得到曲面状的制品，
适用于汽车或各种家电、OA(电脑办公用品)制品的铭板等。

采用CFI法时，中间的树脂层可以使用PC，也可以使用PS、AS、MS、PMMA等透明材料或ABS等不透明材料。

为了使PC薄片和中间树脂层之间有较好接合强度，一般要在接合面上事先涂有特殊的粘合层；为了使PC薄片表面上的硬化层不因过度弯曲或因热的作用而产生龟裂，制品的曲率半径应小于30mm，且模具温度应保持在70℃以下；为了使PC 薄片形成所要求的曲面形状，并使其和中间树脂层之间有较好的接合强度，中间层树脂的注射成型温度一般应高于290℃；为了使PC薄片不在流动树脂的剪切力作用下产生位移，应采取如真空吸合、打孔、磁吸(在PC薄片边缘贴上磁片)、或将PV薄片弯曲后人模具上设定的沟槽内等方法，使其固定在相应的位置上。

三菱工程塑料公司还开发了彩印PC薄片表面镶嵌成型法(PSI，Printed Sheet Insert Injection)，PSI法中采用彩印的PC薄片，其成型原理和CFI法基本相同。

该方法所得制品的表面(可以是外表面也可以是内表面)为印刷面，而注射树脂一般采用透明材料以保证制品的透光性。

适用于需要有背光透出的汽车仪表或各种家电、OA制品的面板等。

直接注射成型法(DIM，Direct Injection Molding)
直接注射成型技术由日本岸本产业、KCK等公司开发成功，主要用于高浓度玻璃纤维、碳纤维或有机、无机粉体(如碳酸钙、木粉)等复合材料制品的注射成型。

在复合材料制备时，为了使填充剂均匀地分散在基体树脂中，传统的方法一般需将基体树脂和玻璃纤维等掺混并经双螺杆挤出机混炼造粒，这不仅造成较大的能量耗损，也带来如基体树脂的降解、氧化变色、玻璃纤维因过度剪切而切断等问题。

而直接注射成型法不经挤出机混炼造粒，可以将掺混物直接注射成制品，但由于注射网为单螺杆装置，且其长径比一般挤出机小，因此对直接注射成型技术而言，最关键的是如何提高螺杆的混炼效率。

直接注射成型技术通常是通过改变压缩段的螺杆构造来提高混炼效率的，该装置中不仅螺杆形状和密炼机转子相似，而且在料筒壁上开设了相瓦错开的沟槽，工作时其狭缝S部分可产生较大的剪切力，有利于树脂塑化和无机填充剂的分散，沟槽P部分可使溶融混合物反复实现混合-剪切-再混合的过程，有利于复合材料达到均质化的要求。

该装置只能用于复合材料的成型而不能用于纯树脂的成型，这是因为用于纯树脂成型时，狭缝S可产生较多的逆流使螺杆的输送效率降低，而用于复合材料成时，大量的无机填充剂所产生的增粘作用可抑制逆流的发化，此时装置才能同时具有混炼和输送功能。