一种压力流体辅助发泡注塑成型工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种压力流体辅助发泡注塑成型工艺，它解决了现有技术中发泡注塑成型问题多、最终导致发泡产品的孔隙率不高、减重较小的问题，具有能制备出外观品质优良、力学性能优异和减重显著的发泡注塑制品的有益效果，其方案如下：一种压力流体辅助发泡注塑成型工艺，在模具型腔中预先充入设定压力的第一流体，以抑制填充流动过程中的发泡和减少填充流动过程中发泡剂的损失。

A pressure fluid assisted foam injection molding process

The invention discloses a pressure fluid assisted foam injection molding process. It solves the problem that the existing technology has many problems of foaming and injection molding, the porosity of the foaming product is not high, and the weight reduction is small, and the foam injection molding products with excellent appearance quality, excellent mechanical properties and significant weight loss are prepared. The results are as follows: a pressure fluid assisted foaming injection molding process is used to prefill the first fluid setting pressure in the mold cavity to suppress the foaming in the filling flow process and reduce the loss of the foaming agent during the filling flow.

【技术实现步骤摘要】
一种压力流体辅助发泡注塑成型工艺
本专利技术涉及塑料成形加工
，特别是涉及一种压力流体辅助发泡注塑成型工艺。
技术介绍
多孔塑料制品具有节材、质轻、吸能、比强度高、比表面积大、隔热性能优良等特点，被广泛应用在包装、汽车内饰件、运动器材、建筑材料、生物医学、分子过滤器等领域。发泡注塑成型是一种制备多孔塑料制品的主要成型技术。与挤出发泡、模压发泡、釜压发泡等技术相比，发泡注塑成型具有成型效率高、自动化程度高、设计柔性高以及可直接成型具有三维复杂结构的产品等技术优势，因而被认为是最有应用前景的多孔塑料制品成型加工方法之一。但常规发泡注塑成型技术存在诸多工艺缺陷和问题，极大地限制了该技术在实际工业生产中的应用与推广。所述工艺缺陷和问题主要反映在以下几个方面：(1)在常规发泡注塑成型工艺中，填充阶段熔体流动前沿破裂的泡孔会在最终成型发泡产品的表面形成气泡痕(又称为银纹或漩涡痕)，这将严重影响发泡产品的外观品质；(2)在常规注塑发泡成型工艺中，为了保证聚合物熔体良好的流动性，聚合物熔体温度需要很高，这意味着聚合物熔体的强度很差，从而导致发泡时泡孔成核少、泡孔容易发生破裂与合并，使得最终成型的发泡产品的泡孔结构不良；(3)在常规注塑发泡成型工艺中，聚合物熔体的充模流动与发泡是同时进行的，充模流动造成的复杂流场会加剧泡孔的破裂与合并，并导致泡孔发生严重而不均匀的变形，这会严重恶化泡孔结构，导致最终发泡产品的力学性能较差；(4)在常规发泡注塑工艺中，发泡是在密闭的模具型腔中进行的，模具型腔表面的约束会严重限制泡孔的长大，同时为了让聚合物熔体充满整个模具型腔，也需要很高的注射压力，这也将严重抑制泡孔生长，最终导致发泡产品的孔隙率不高、减重较小。总之，常规发泡注塑成型的产品存在外观品质差、减重较少、泡孔结构粗大且不均匀、力学性能较差等诸多缺陷，从而严重制约了其推广应用。中国专利CN103347671B53.2公开了一种用于制备微孔泡沫材料和微孔制品的注塑成型系统和方法。通过调试注塑成型工艺，该方法可获得较为细密的内部泡孔结构，但产品表面仍存在明显的银纹、泡坑、螺旋纹等质量缺陷。这是由于在该工艺过程中存在动态发泡和静态发泡两种发泡过程，其中，静态发泡是理想的发泡模式，而动态法将导致气泡畸变、破裂，进而形成表面缺陷。中国专利CN105001509A公开了一种高表面质量聚丙烯微发泡材料及其制备方法，该方法通过采用微孔发泡调节助剂，减轻了聚丙烯微发泡制件表面发花、气痕等表面质量问题。但由于该方法无法避免填充过程中熔体流动前沿的泡孔破裂问题，因此无法彻底消除发泡塑件表面的发花、银纹、云纹等表面缺陷，故只能部分改善发泡塑件的外观品质。此外，该方法也无法解决常规发泡注塑成型工艺存在的因泡孔结构不良导致的发泡塑件力学性能差以及由发泡空间受限导致的产品减重少等问题。中国专利CN105835292A公开了一种发泡倍率高、表面无泡痕的微孔发泡注塑工艺，该工艺将发泡过程分为两个阶段完成，首先采用高型腔压力、高注射压力和高保压压力，通过注塑成型的方式制备由塑料和发泡剂组成的未发泡预制坯，然后将未发泡预制坯放入另外一个具有更大空间的模具型腔中，通过加热模具间接加热未发泡预制坯，进而诱导发泡，以获得具有高孔隙率、高外观品质的发泡塑件。该工艺的不足之处在于：(1)需要两套成型模具，导致成本增加；(2)工序多、操作流程长且繁琐，导致成型效率下降；(3)难以保证发泡塑件的外观形状尺寸。中国专利CN105835299A公开了一种高表面光泽高气泡致密度的微孔发泡注塑工艺与模具，结合所述新工艺与新模具结构，能够避免聚合物熔体在注塑充填过程中的动态发泡，而且为聚合物熔体在型腔充填结束后的静态发泡创造体积膨胀空间。但是该工艺与模具也存在一些明显的技术缺陷：(1)工艺过程复杂、控制难度大、工艺不稳定；(2)模具结构复杂、要求高压密封；(3)利用注入气体的方法，难以实现发泡空间的有效控制，导致发泡不均匀；(4)该工艺与模具难以适用于薄壁塑件。中国专利CN106541540A公开了一种具有装饰外薄膜的微孔发泡制件及加工方法，该方法通过在微孔发泡制件的表面覆装饰外薄膜，解决常规发泡塑件存在的表面质量问题，但该方法的操作相对复杂，导致较高的加工成本，并且无法解决常规发泡注塑成型工艺存在的因泡孔结构不良导致的发泡塑件力学性能差以及由发泡空间受限导致的产品减重少等问题。美国专利US4,507,255公开了一种利用注塑成型发泡产品的工艺与装置，所述发泡产品的特征是具有一种由未发泡皮层包裹发泡芯层的三明治结构。该方法的基本工艺原理是：首先向模具型腔中注入第一种不含发泡剂的树脂熔体，紧接着再向第一种塑料熔体内部注入含有发泡剂的第二种树枝熔体，从而可以得到外观品质优良的发泡注塑产品。该方法的不足之处在于需要配备专用的双色或多色发泡注塑成型设备，并且发泡产品的减重非常有限。美国专利US4133858A公开了一种改进的发泡注塑成型方法，该方法通过动调整模具的开合度，为发泡提供额外的自由空间，从而提高发泡注塑件的孔隙率和增加减重。该方法的不足之处是需要专门设计特殊的注塑模具，并需要专门的注塑成型设备，另外该方法没有解决发泡塑件的外观品质问题。因此，需要对一种压力流体辅助发泡注塑成型工艺进行研究。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种压力流体辅助发泡注塑成型工艺，通过该工艺可制备出外观品质优良、力学性能优异和减重显著的发泡注塑制品。一种压力流体辅助发泡注塑成型工艺的具体方案如下：一种压力流体辅助发泡注塑成型工艺，包括：在模具型腔中预先充入设定压力的第一流体，以抑制填充流动过程中的发泡和减少填充流动过程中发泡剂的损失，以抑制填充流动过程中的发泡和减少填充流动过程中发泡剂的损失。进一步地，上述工艺包括如下步骤：1)在模具型腔中冲入设定压力的第一流体；2)将聚合物熔体、发泡剂组成的均相或非均相混合物注入模具型腔；3)将设定压力的第二流体注入模具型腔聚合物熔体、发泡剂组成的均相或非均相混合物内部，在第二流体作用下，推动混合物充满整个模具型腔；4)步骤3)中第二流体的压力降低后进行保持，保持设定时间，以将步骤2)填充过程中析出的发泡剂全部或部分重新溶解回聚合物熔体，将混合物的温度冷却至设定温度，以增强聚合物熔体强度；5)卸除步骤4)中第二流体压力并排除模具型腔内第二流体，从而诱发发泡，以获得具有密实皮层和多孔中芯的发泡产品。进一步地，所述步骤5)中在诱发发泡过程中，通过降低模具型腔温度，促进发泡产品的冷却定型；或者，步骤5)中第二流体卸压、排除的速度为0.1～200MPa/s。进一步地，所述步骤2)操作前需要将固态的聚合物基塑料塑化、熔融，并将其与设定质量的发泡剂充分混合。进一步地，在固态的聚合物基塑料塑化、熔融(形成所述的聚合物熔体)，并将其与设定质量的发泡剂充分混合过程中，维持压力为2～30MPa，维持温度为150～350℃，以保证聚合物基塑料熔体与发泡剂充分混合，并防止发泡剂与塑料熔体提前发生相分离。进一步地，所述发泡剂为化学发泡剂，例如偶氮化合物、磺酰肼类化合物和亚硝基化合物，或物理发泡剂，例如氮气、二氧化碳和丁烷；或者，为了增强聚合物熔体的粘弹性和强度，改善聚合物熔体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力流体辅助发泡注塑成型工艺，其特征在于，在模具型腔中预先充入设定压力的第一流体，以抑制填充流动过程中的发泡和减少填充流动过程中发泡剂的损失。

【技术特征摘要】
1.一种压力流体辅助发泡注塑成型工艺，其特征在于，在模具型腔中预先充入设定压力的第一流体，以抑制填充流动过程中的发泡和减少填充流动过程中发泡剂的损失。2.根据权利要求1所述的一种压力流体辅助发泡注塑成型工艺，其特征在于，包括如下步骤：1)在模具型腔中冲入设定压力的第一流体；2)将聚合物熔体、发泡剂组成的均相或非均相混合物注入模具型腔；3)将设定压力的第二流体注入模具型腔聚合物熔体、发泡剂组成的均相或非均相混合物内部；4)步骤3)中第二流体的压力降低后进行保持，保持设定时间，以将步骤2)填充过程中析出的发泡剂全部或部分重新溶解回聚合物熔体，将混合物的温度冷却至设定温度，以增强聚合物熔体强度；5)卸除步骤4)中第二流体压力并排除模具型腔内第二流体，从而诱发发泡，以获得具有密实皮层和多孔中芯的发泡产品。3.根据权利要求2所述的一种压力流体辅助发泡注塑成型工艺，其特征在于，所述步骤5)中在诱发发泡过程中，通过降低模具型腔温度，促进发泡产品的冷却定型；或者，步骤5)中第二流体卸压、排除的速度为0.1～200MPa/s。4.根据权利要求2所述的一种压力流体辅助发泡注塑成型工艺，其特征在于，所述步骤2)操作前需要将固态的聚合物基塑料塑化、熔融，并将其与设定质量的发泡剂充分混合。5.根据权利要求4所述的一种压力流体辅助发泡注塑成型工艺，其特征在于，在固态的聚合物基塑料塑化、熔融，并将其与设定质量的发泡剂充分混合过程中，维持压力为2～30MPa，维持温度为150～350℃，以保证聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：王桂龙，赵国群，侯俊吉，董桂伟，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37