DT導讀

原材料價格不斷飙升，對制造相對低廉的亞洲市場帶來了巨大的沖擊，廉價已經不再是中國制品商的優勢。同時，随着産品越來越複雜，制件的公差要求和表面外觀質量要求也越來越高，采用傳統的注塑加工技術很難達到品質或成本要求。可以說，塑料加工商遇到了前所未有的挑戰，迫切需要尋求新的加工技術來改變困境。微發泡注塑成型工藝是一種新型的精密注塑成型技術，這種技術可以将制件的生産尺寸精度控制在0.01～0.001mm之間，有時甚至能夠達到0.001mm以下。與傳統的注塑工藝相比，由該技術生産的制件具有良好的力學性能以及尺寸穩定性，而且制件的尺寸精度和重複精度高，公差範圍小。由于其自身的多種性能優勢，加上塑料加工領域的“突變”，為該技術提供了廣闊的發展空間。

1 微發泡的概念

微發泡，主要是通過物理或化學發泡的方法，在聚合物材料内部引入大量平均直徑為 1μm～100μm 的微細閉合泡孔。

2 微發泡注塑工藝（不特别指明通指物理微發泡）

3 微發泡注塑的特點

4 微發泡注塑工藝的應用

微發泡制品常見問題及解決方案

微發泡制品的性能受到發泡質量的影響，但傳統注塑工藝下的泡孔仍存在分布不均、泡孔出現較大變形、泡孔密度過低等問題；另外，微孔發泡制品表面粗糙、存在大量的銀紋帶也限制了其發展和應用。

5 外觀解決方案

（1）型腔反壓技術（ICP）

表面缺陷主要由充模過程中流動前沿泡孔破裂和界面剪切位移引起。增加充模中流動前沿的熔體壓力，泡孔成核的自由能壘升高，将有效地抑制充模過程中泡孔的成核速率，使熔體在充模後發泡，從而起到改善表面缺陷的作用。

（2）快速變模溫技術（RHCM）

在充模過程中，如果模具保持較高的溫度可以有效減緩聚合物熔體的冷卻速率，使熔體保持在較高的溫度範圍内；一方面充模中産生的泡孔在高溫高壓下可以再次溶解于聚合物熔體中；另一方面溫度升高使聚合物熔體的流動性變好，與型腔表面的粘結力小，有效地降低了界面之間剪切力的作用。可以改善制品外觀質量，消除産品注射成型表面缺陷，提高産品表面光潔度，同時可以縮短成型時間。

（3）共注塑技術（CNM）

其中夾心注塑工藝是常用的方式，夾心注塑類似于能制造多層結構制品的共擠出工藝，;兩種工藝的共同點就是物料都分層流動。對共注塑工藝而言,一般先注塑制品的外層表皮組分,外層注塑開始一定時間後才開始注塑另一種芯料或發泡芯體組分。外層表皮包覆杜絕了發泡材料表面缺陷。

圖4 夾心注塑發泡制品

（4）模内裝飾技術（IMD）

IMD就是将已印刷成型好的裝飾片或者膜材放入注塑模内，然後将樹膠注射在裝飾材的背面，使樹脂與片材接合成一體固化成型的技術。IMD是在注射成型的同時進行鑲件加飾的技術，産品是和裝飾承印材覆合成為一體，對立體狀的成形品全體可進行加飾印刷，使産品達到裝飾性與功能性于一身的效果。

圖5 夾心注塑發泡制品

6 發泡形貌的改善方法

（1）注塑工藝調節

注射速率：提高注射速率可以增大孔隙率，降低泡孔直徑；

射膠量：成核能力較弱的溶體，增加射膠量可以限制發泡空間；成核力較強的熔體，适當減小射膠量，可以提供一定的發泡膨脹空間，獲得較小的泡孔尺寸；

熔體溫度：熔體溫度過高會導緻黏度下降，抵抗泡孔變形的能力降低，泡孔直徑較大且形狀不規則；

模具溫度：較高的模具溫度有助于增加泡孔密度，降低皮層厚度，但過高易導緻泡孔直徑變大，發生并泡。

（2）發泡工藝調節

微發泡注塑工藝，射入的型腔中的單相熔體體積小于型腔體積以提供多餘的空間進行發泡。操作簡單，但由于受到型腔内部剪切流和溫度的影響，氣體損失較大，泡孔結構不一緻從而造成力學性能的損失。

注壓發泡：單相熔體首先注入到一個部分打開的型腔中，利用多餘空間發泡後在很短時間内依靠鎖模力壓縮至所需的試樣厚度。由于熔體填充完畢後，施加壓力使得型腔内部熔體壓力增大，臨界成核半徑增大，制品内部泡孔尺寸重新分布且趨于一緻。

延時二次開模發泡：熔體注滿型腔後延遲數秒使動模在厚度方向上打開到所需厚度，釋放空間進行發泡，可以促使結晶材料的結晶度增加。早期晶體的形成，使的晶體周圍氣體濃度升高，可以促進泡孔的成核。

（3）聚合物共混

聚合物共混對于調控發泡形貌具有重要的意義，通過共混，材料在保持自身性能的同時，還可以通過協同效應提供額外的性能。例如：增大氣體在基體中溶解度、擴散系數和提高熔體黏度等。

（4）加入填料

區别于均相成核，填料的加入會引發發泡體系異相成核從而改善發泡形貌。其具體的作用可以歸納為如下：明顯降低體系成核的臨界自由能壘；增加體系的成核點；增加熔體的黏度，産生應變硬化的效果，有效抑制泡孔的長大和合并。目前可供使用的填料種類有很多，如納米碳酸鈣、納米粘土、SiO 2 、碳納米管等，其中納米粘土的應用最為廣泛。

填料尺寸、形狀以及分散狀态不同對于發泡效果的影響不同。許多研究表明，添加納米顆粒後，泡孔尺寸可以降低 1 個數量級，泡孔密度可以增加 2～3 個數量級。

7 微發泡的發展前景

未來一段時間内，注塑微發泡的研究可能集中在以下幾個方面：

（1）可視化裝置的設計，通過可視化裝置的設計來直觀的分析注塑發泡的動态過程，為正确分析不同加工參數對泡孔形态的影響提供指導；

（2）三維模拟軟件的開發，通過軟件模拟來定量化分析不同的溫度場和壓力場對于發泡制品的影響；

（3）探索新的改性材料和方法，對聚合物之間、聚合物與填充顆粒之間的界面相容性以及對于泡孔成核和長大的影響進行進一步的深入研究。面對國内外資源的日益緊張和客戶需求的提高，解決好表面質量和發泡形貌兩個問題，注塑發泡加工工藝的研究必将成為今後的一個重點發展方向

參考文獻：

胡瑞生等，注塑微發泡制品表面質量和發泡形貌的演技進展，工程塑料應用，2016，44（3）

趙正創等，微發泡聚合物材料的研究進展，化工進展，2016,35卷增刊（1）

楊偉等，物理微發泡微開模注塑成型技術，模具技術，2017,4

部分資料來源于合肥會通新材料有限公司，ENGEL Foammelt及網絡

作者：雅瀾君，本文系DT新材料原創内容，轉載著名來源，否則視為侵權處理！

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