流體輔助注射生產(chǎn)中空制品的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子材料成型的方法，具體是一種流體輔助注射成型成型方法及實現(xiàn)成型方法的系統(tǒng)裝置。
技術(shù)背景
[0002]流體(水)輔助注射成型技術(shù)，是一種控制流體(水)，將其注入制件特定的熔融區(qū)域以形成空心的技術(shù)。注射熔融熱塑性熔體后利用水針向其芯部注射水，水的前沿作用在制件的熔融芯上，從水的前沿到熔體的過渡段，固化了一層很薄的塑料膜，推動聚合物熔體，充填模具型腔以獲得中空制品。流體(水)輔助注射成型技術(shù)與氣體輔助注塑成型技術(shù)相比，水輔助注射成型具有冷卻時間和成型周期更短、產(chǎn)品內(nèi)表面更光滑、厚度更均勻、生產(chǎn)成本降低、生產(chǎn)效率增加等優(yōu)勢。但是在水輔成型的中空制品的樹脂截面中也非常容易在發(fā)現(xiàn)縮孔或縮松缺陷，以及制品在型腔中充填不完全缺陷。這主要是由于氣體輔助成型所用的介質(zhì)(一般為高壓氮氣)與水輔助注射成型所用的介質(zhì)(水)的物理特性的區(qū)別造成；例如在氣體輔助注塑成型時，在高壓氮氣推動熔膠形成中空時由于氮氣的熱容量低，中空的內(nèi)壁不會立即凝固，而是從與模具型腔壁接觸的制品外壁向中空內(nèi)壁冷卻，同時由于氮氣具有壓縮性，即氮氣有膨脹壓力推動熔膠向模具向型腔壁運動補充收縮和充分填充型腔，即使在完成中空成型后采用高壓氮氣保壓操作也可消除縮松和型腔填充不完全等缺陷；而在采用水輔成型時，由于水的導(dǎo)熱率是氮氣的40倍，水的熱容量是氮氣的4倍，中空體的內(nèi)壁會迅速形成堅硬的固化層，與此同時與模具型腔壁接觸的外壁在模具的冷卻下也迅速形成堅硬的固化層，但水具有不可壓縮性，意味著在流動充填過程中如果沒有足夠的阻力就不能形成足夠的水壓來作用在樹脂體上，這樣就導(dǎo)致在兩層堅硬的固化層之間后凝固部分產(chǎn)生縮孔或縮松等缺陷，且不能推動未凝固熔膠完全充填型腔中的薄壁結(jié)構(gòu)。對于制品在型腔中充填不完全的缺陷，在熔膠填充型腔時，采用螺桿保壓的方式將模具型腔充分填充是一種好的方法；然而采用這種方式時，在水針閥打開的瞬間，型腔中的熔膠倒灌入水針機構(gòu)中造成水針堵塞并影響生產(chǎn)的連續(xù)性；同時在打開連接型腔和溢料腔之間的開關(guān)閥后用水輔成型時，型腔內(nèi)熔膠壓力松弛，不能完全解決制品壁中的縮松/縮孔問題。在2012年09月19日，中國專利文獻公開的授權(quán)公告號:CN102672921B《熱塑性樹脂中空制品的成型方法》中，本發(fā)明人提出在熔膠填充過程中采用高壓氣體反向加壓的方法來解決水輔成型中所存在的縮松或/縮孔等問題，雖然有很好的效果，但在實施過程中發(fā)現(xiàn)對模具型腔的密封要求較高，實施成本較高等不足，同時采用此方法不能解決水針堵塞問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是根據(jù)上述現(xiàn)有水輔成型中空制品時存在的不足之處，提供流體輔助注射生產(chǎn)中空制品的方法，包括成型系統(tǒng)及成型方法。
[0004]本發(fā)明包括成型系統(tǒng)及成型方法，其中成型系主要有注塑成型機100、水流注入控制裝置200、高壓氣體注入控制裝置300、注塑成型模具400、水針裝置3和連接管道組成；其中，所述注塑成型模具400安裝在注塑成型機100上，注塑成型模具400閉合后具有成型中空制品6的型腔2、溢料腔5、連通型腔2和溢料腔5的連接通道4，并在自型腔2至溢料腔5的連接通道4上依次布置開關(guān)閥4a和限流元件4b ;其中，所述水針裝置3固定在注塑成型模400上，具有獨立的水通路3b和氣體通路3c并通過連接管道分別與水流注入控制裝置200和高壓氣體注入控制裝置300連接，其中的流體輸出端3a包含壓力氣體輸出口和水流輸出口，并位于型腔2中；
成型方法包括下列步驟:
O閉合模具，此時，水針機構(gòu)3處于關(guān)閉位置，開關(guān)閥4a處于關(guān)閉位置；
2)向模具400的型腔2中注入預(yù)定量的熔融熱塑性樹脂，使開關(guān)閥4a之前的型腔2被熔融熱塑性樹脂充分填充；
3)在完成向型腔2中注入熔融熱塑性樹脂的同時，高壓氣體注入控制裝置300通過水針裝置3的氣體通路3c向成型模具型腔2中熔融樹脂體中按一個高于型腔中熔膠壓力的預(yù)設(shè)壓力注入壓力氣體，直至型腔2中熔膠壓力達到預(yù)設(shè)的氣體壓力；
4)水流注入控制裝置200向水針裝置3的水通路3b中注入水，在水通路3b中建立一個設(shè)定的壓力；然后同時打開水針裝置3的水通路3b和打開關(guān)閥4a，并停止向水針裝置3中供應(yīng)壓力氣體，水流注入控制裝置200通過水針裝置3按預(yù)先設(shè)定的體積流速和注入體積向型腔2中的熔融熱塑性樹脂體中注入水7，推動芯部未凝固的熱塑性樹脂通過限流元件4b進入到溢料腔5 ;在限流元件4b的作用下，使型腔2中的熔融熱塑性樹脂體中保持充分的壓力；
5)在完成向型腔2中的樹脂體中注入預(yù)定體積的水后，停止注水；
6)在注入的壓力氣體和水的自重共同作用下，冷卻凝固后中空制品中的水通過水針裝置3的水通路3b排出；
7)開模取件，去除工藝余料后獲得中空制品6。
[0005]本發(fā)明的優(yōu)點是產(chǎn)品內(nèi)壁光滑，遠好于普通水輔工藝所成型制品的內(nèi)壁，未發(fā)現(xiàn)一般水輔注塑成型時所存在的薄壁部位填充不完全及縮孔/縮松/分層等缺陷，而且管內(nèi)徑的偏差在±0.3mm范圍內(nèi)小于要求的±0.5mm范圍,各部位取樣測試,強度性能等符合制品的要求。
【附圖說明】
[0006]圖1:本發(fā)明系統(tǒng)示意圖；
圖2:本發(fā)明所使用成型模具布置示意圖；
圖3:本發(fā)明所使用水針裝置示意圖；
圖4:本發(fā)明所使用的限流元件示意圖；
圖5 -圖8:本發(fā)明成型方法步驟示意圖。
具體實施方案
[0007]下面結(jié)合附圖通過具體實施方案，對本發(fā)明的技術(shù)特征及其相關(guān)技術(shù)特特做進一步闡述:
如圖1-8示意，圖中的標號分別表示:100 -注塑成型機、200 -水流注入控制裝置、300 -高壓氣體注入控制裝置、400 -注塑成型模具、Ia -動模、Ib -定模、2 -模具型腔、3 -水針裝置、3a -流體輸出端、3b -水通路、3c -氣體通路、4 -連接通道、4a -開關(guān)閥、4b -限流元件、5 -溢料腔、6 -中空制品、6b -工藝余料、6c-對外固定連接結(jié)構(gòu)、7 -水、8 -進澆口、8a -澆道系統(tǒng)、9 -注塑機注射單元
如圖8所示的為本實施方案制作的中空制品6，是一個中空水管，所用樹脂材料為玻纖增強尼龍66 (PA66+30%GF)，樹脂密度為1.35g/cm3，其中，該水管外徑為22mm，中空孔的直徑 17 _±0.Smnin
[0008]圖1所示為本實施方案所采用的注塑成型系統(tǒng)，其中，注塑機100采用圖框表示，注塑機注射單元用9示意，為一臺400噸鎖模力注塑機；水流注入控制裝置200為本發(fā)明人自制的一套裝置，可編程控制水的注入時間、輸出體積流速和輸出總體積，包括輸出的動力系統(tǒng)等；高壓氣體注入控制裝置300為本發(fā)明人自制的一套裝置，可編程控制壓力氣體的輸出時間、輸出壓力、氣體輸出的通與斷等，并包括氣體的增壓裝置；如圖1和圖2所示，為本實施方案所采用的模具結(jié)構(gòu)，包括動模Ia和定模lb，模具閉合后形成成型中空管的模具型腔2、溢料腔5、連通模具型腔2和溢料腔5的連接通道4，在連接通道4上自模具型腔2至溢料腔5的方向依次設(shè)置開關(guān)閥4a和限流元件4b，在定模Ib中設(shè)置有澆道系統(tǒng)8a，通過進膠口 8與模具型腔2連接；本實施例中，所使用的水針裝置3如圖3示意，水針裝置3固定在注塑成型模具400上，具有獨立的水通路(3b)和氣體通路(3c)分別與水流注入控制裝置200及高壓氣體注入控制裝置300連接，水針裝置3的流體輸出端3a位于模具型腔2中，包含了水通路3b和氣體通路3c的輸出口，以便將壓力氣體和水流注入到型腔2中熔融樹脂體中，其中氣體通路3c的輸出口設(shè)置為一種僅允許壓力氣體通過的狹縫結(jié)構(gòu)，并在水通路3b輸出口的中間。為充分成型制品的中空部分，水針裝置3與型腔2和溢料腔5之間的連接通道4分別布置在形成制品中空部分的型腔的兩端，即制品中空部分的一端導(dǎo)入流體，制品中空部分的