黄义俊
(宁波职业技术学院， 浙江 宁波 315800)

摘要：热塑性结构泡沫塑料成型技术是目前塑料制品成型与注塑模具成型的新技术。本文主要论述热塑性结构泡沫塑料成型技术的实际应用，并对热塑性结构泡沫塑料成型工艺与传统的注塑工艺的不同特点进行阐述，并重点对热塑性结构泡沫塑料成型工艺过程中对成型设备与主要技术参数选择等进行了详细地说明。
关键词： 热塑性； 结构泡沫塑料；塑料模具；技术参数

Technological application of thermo-structural foamed plastics
HUANG Yi-jun
(Ningbo Polytechnic College， Ningbo 315800, China)

Abstract：Plastic structural foaming technology is a new-developed one in manufacture of plastic products and moulds ,  the paper mainly state the applications of thermo-plastic structural foam and make a description for the characteristics between the new technology and conventional forming technique, and make an emphasis on the choices of forming equipment and main  parameters during the form of thermo-plastic structural foam.
Key words： thermoplastic； structural foamed plastics；mould；technological parameters

0 引言
    热塑性结构泡沫模塑法与传统的注塑法类似。不同处在于，发泡剂与聚合物熔体相混合，注入模具的体积较之成型的实心制品所需者要少。在注射压力及聚合物和气体混合物膨胀二者共同作用下使物料充满模具。
    热塑性结构泡沫塑料制品具有一个多孔发泡芯层和四周连皮层、形成一个整体的结构，它具有高的强度／重量比，与等重量同材料实心制品相比，其刚性要高出3－4倍。
    在与模具冷表面（型腔或型芯）的接触中，塑料熔体形成一近乎实心的表皮，而在内芯，气体发泡膨胀形成微孔结构。由于是膨胀的泡沫充满模具的模腔，致使模腔的压力相当低，在2.07～4.14MPa之间。这种方法极大地扩展了产品的类型和尺寸，这在模塑技术中是要关注的，重达 55kg的制品被模塑成结构泡沫。

1 成型设备的选用
有几种设备适用于低压结构泡沫塑料的模塑成型。可以通60过对通用型注塑机加以改造。采用截流式注嘴、储料器以及化学发泡剂，注射量一般限于 5000g以下，还必须对制品质量和密度降低这两者间作一些折衷。
    单一注嘴、高速的结构泡沫塑料模塑机。注射量5000g以下，该机采用截流式注嘴、H级储料器／挤压机和化学发泡剂，注射压力207MPa，可快速把物料注入模具中，虽然模腔压力相对低，但仍可达到允许范围的高值。多夹具工位的模塑机有各种各样的构型，如带有转位注射装置的多个固定夹具者；带有固定注射装置的转位夹具者；带有熔融流动换向器固定夹具者。
    一般说来，单个的模具被各个安装在每一块注塑机的固定板上，并单个进入注射，注射量的可重复性是精确的，但局限于小制品且不如较大的一些设备好用。大批量低压作业采用注射量达7000g多喷嘴的设备。采用多喷嘴允许设计人员把喷嘴安置在那些难以充填到的地方，以减少大制品的流道长度。喷嘴放置得当有利于密度的降低和分布达到最佳状况。顺序进行模具模腔的充填使这些多喷嘴设备得以在同一注射周期中以不同的注射量注入多个模具中。注塑机的固定板往往是尺寸较大，其优点在于低的模腔压力，并提高了设备的生产能力。生产上，7500kN的设备带有 3300 X 2180mm的固定板，注射量 7000g，注嘴36个。

2 成型工艺参数的合理选择
2.1 合模力
通常，计算合模力的方法是利用模具型腔的水平分型面上的总投影面积来估算合模力，但是经验法则也可用于计算所需要的合模力。典型实例：一块游泳池的板，其面积约 200X400mm，采用高抗冲聚苯乙烯在一低压多喷嘴设备中进行成型，此时，200X400=800cm2，再乘以 300 p．s．cm．需用合模力约为2400kN。制品的构型、器壁截面、聚合物粘度和流动特性以及喷嘴的位置，都将影响所需的合模力。模具有16个喷嘴，操作者采用300～600p．s．cm．的较低压力。
    薄壁制品如百叶窗或双折对开的门，公称壁剖面为3 mm，模具本身可能是侧浇口形式，需要采用值 2.07—4.14MPa合模力中的高值。通常，单个喷嘴的高速注塑机在用投影面积计算所需合模力时，需要采用较高的3.45—4.14MPa合模力。长的熔体流道（300 mm以上）往往需要较高的合模力和快速充模速率，以便在熔体凝固之前完成注射物料工作，所以需要高注射压力。

2.2 注射量
注射量大小受制品重量和模塑件的支配，用把普通注射机改进的机器生产出的结构泡沫塑料制件时注射量往往受到局限，这是鉴于其典型的小注射容量以及缺少高充填速率所需的液压流动能力。目前大多数注塑机的注射量限于2-4kg。除非装有特制的歧管装置，一般一次只能用一个模具。注射量居中者（5～10kg）可以采用单喷嘴或多喷嘴低压机器。大注射量（10—60 kg）制件往往是用低压多喷嘴机生产出来的。
    应该指出，注塑机规格中，列出之注射量往往指聚苯乙烯注射容量的克数。一个 3810cm3的熔体储料缸注射约10kg的聚苯乙烯。如果采用聚烯烃，从这种3810cm3的熔体储料缸出来之注射量下降到21kg，这是因为原料比重和模压温度下热膨胀不同的原因所致。
    对塑炼的要求是根据所需生产速度而定。模塑的原材料和制品的厚度决定着模塑生产的周期，以制品厚度出发确定周期的原则如下：
0.381～0.5cm     40—30周期／h
0.5—0.635 cm    30—24周期／h
0.635～0.762cm  24～18周期／h
0.762—1.27cm   13～12周期／h
    上述数据是利用合适的温度和冷却水的流动，基于良好设计和得当冷却的注塑模具提出的。
    几乎所有的热塑性塑料都可应用于结构泡沫塑料的模塑技术中。它们的模塑制品都具有与基本树脂相同的主要性能。实际物理性能取决于密度降低程度。表皮厚度、制品形状和总体设计。高压聚乙烯、抗冲击聚苯乙烯、聚丙烯、改性PPO和ABS聚碳酸酯类工程塑料都在结构泡沫塑料产品所用的主要热塑性材料之列。根据它们的固有特性选择这些材料，同时选择应用玻璃纤维、着色剂和紫外线抑制剂之类添加剂，就可以广泛地满足各种各样的应用要求。这里还包括抗耐粗暴装卸、抗耐高温和低温、以及抗耐长时间大气曝露的性能。
    结构泡沫塑料在诸多实际应用中用来代替木材、混凝土、实心塑料和金属。其优点在于：低重量、低的原材料成本或制造成本，较好的刚性和稳定性，不受侵蚀，较大的设计灵活性，以及改进了耐化学性能和机械性能。结构泡沫塑料的隔音性、低应力集中、最小的凹痕以及电绝缘性和热绝缘性，这些也是在诸多应用中的优异之处。像结构泡沫塑料那样的塑料材料可以真正称作是设计工程师的工程塑料，不管它所用的基本原材料是什么。小心仔细设计，可以把许多部件和功能结合进一个制品中，力求发挥出结构泡沫塑料最突出的成本上的优点。制品可以涂覆油漆或者修饰成木纹纹理样，制成各种富有吸引力的表面装饰。较低的模腔压力允许设计和采用铝或中碳钢，这就较之传统的注射模塑的成本要低。

3 技术应用
结构泡沫塑料生产方法对于模塑需要高刚性模塑塑料制品（包括大型制品或综合多种功能的复杂制品）来是理想的。结构泡沫塑料制品的应用几乎是没有限制的，它集中于某些主要市场上—各种物料的装卸搬运、办公室设备和商业设备，工业上和消费者娱乐上，建筑、交通运输和家具。代表性的结构泡沫塑料制品是：托板、工具箱、周转箱和各种容器、售货机和计算机机壳、办公室橱柜、蓄电池壳、公用轻便运货车、拖把小桶、原料罐、吊艇杆的软梯、工作台。草坪家具、玩具、窗框、几淋浴座、百叶窗、花盆、杂品桶、椅架、拖拉机驾驶室的密封衬垫、飞机靠手、减压阀顶盖以及风扇罩的嵌镶结构。

4 结束语
  热塑性结构泡沫塑料成型技术是目前塑料制品成型与注塑模具成型的新技术,我们可以充分利用热塑性结构泡沫塑料成型工艺所制造出的产品优点，摸索与掌握这种塑料制品制造的主要工艺参数,使热塑性结构泡沫塑料成型技术在注塑模具设计与塑料制品应用方面充分发挥出它的作用,利用这种成型工艺所制造出的产品具有许多优点，诸如：吸音、绝缘、重量轻、收缩减少以及可以避免缩影等；这种技术也可以用于紧公差塑料零件的制作，同时强调说明的是这种成型技术由于主要应用在低机械强度、大尺寸以及非均匀一致的泡沫网格产品等而受到局限。

参考文献：

[1] J.E. Martini, F.A. Waldman, N.P. Suh, The production and analysis of microcellular
thermoplastic foam, SPE ANTEC Technical Papers, vol. 28, 1982, pp. 674–676.
[2] S.W. Cha, J.D. Yoon, The relationship of mold temperatures and swirl marks on the
surface of microcellular plastics, Polym.-Plast. Technol. Eng. 44 (2005) 795–803.
[3] J.D. Yoon, S.K. Hong, J.H. Kim, S.W. Cha, A mold surface treatment for improving
surface finish of injection molded microcellular parts, Cell. Polym. 23 (2004)

作者简介：黄义俊（1959-），男，辽宁沈阳人，副教授，研究方向为模具设计与制造技术应用。

----文章出处：中国压铸模具网 www.mould.org.cn，欢迎转载