流体辅助注塑成型的系统

摘要

本发明为一种流体辅助注塑成型的系统，涉及高分子材料成型装置，具体是一种流体辅助注射成型成型方法所使用的成型系统装置。本发明主要由注塑成型机（100）、水流注入控制装置（200）、高压气体注入控制装置（300）、注塑成型模具（400）、水针装置（3）和连接管道组成；其中，所述注塑成型模具（400）安装在注塑成型机（100）上，注塑成型模具（400）闭合后具有成型中空制品（6）的型腔（2）、溢料腔（5）、连通型腔（2）和溢料腔（5）的连接通道（4），并在自型腔（2）至溢料腔（5）的连接通道（4）上依次布置开关阀（4a）和限流元件（4b）；本发明的优点，利用本发明系统生产的产品内壁光滑，远好于普通水辅工艺所成型制品的内壁，未发现一般水辅注塑成型时所存在的薄壁部位填充不完全及缩孔/缩松/分层等缺陷。

权利要求

1.流体辅助注塑成型的系统，特征是，主要由注塑成型机（100）、水流注入控制装置（200）、高压气体注入控制装置（300）、注塑成型模具（400）、水针装置（3）和连接管道组成；

其中，所述注塑成型模具（400）安装在注塑成型机（100）上，注塑成型模具（400）闭合后具有成型中空制品（6）的型腔（2）、溢料腔（5）、连通型腔（2）和溢料腔（5）的连接通道（4），并在自型腔（2）至溢料腔（5）的连接通道（4）上依次布置开关阀（4a）和限流元件（4b）；其中，所述水针装置（3）固定在注塑成型模（400）上，具有独立的水通路（3b）和气体通路（3c）并通过连接管道分别与水流注入控制装置（200）和高压气体注入控制装置（300）连接，其中的流体输出端（3a）包含压力气体输出口和水流输出口，并位于型腔（2）中。

说明书

流体辅助注塑成型的系统

技术领域

[0001] 本发明涉及高分子材料成型装置，具体是一种流体辅助注射成型成型方法所使用的成型系统。技术背景

[0002] 流体（水）辅助注射成型技术，是一种控制流体（水），将其注入制件特定的熔融区域以形成空心的技术。注射熔融热塑性熔体后利用水针向其芯部注射水，水的前沿作用在制件的熔融芯上，从水的前沿到熔体的过渡段，固化了一层很薄的塑料膜，推动聚合物熔体，充填模具型腔以获得中空制品。流体（水）辅助注射成型技术与气体辅助注塑成型技术相比，水辅助注射成型具有冷却时间和成型周期更短、产品内表面更光滑、厚度更均匀、生产成本降低、生产效率增加等优势。但是在水辅成型的中空制品的树脂截面中也非常容易在发现缩孔或缩松缺陷，以及制品在型腔中充填不完全缺陷。这主要是由于气体辅助成型所用的介质（一般为高压氮气）与水辅助注射成型所用的介质（水）的物理特性的区别造成；例如在气体辅助注塑成型时，在高压氮气推动熔胶形成中空时由于氮气的热容量低，中空的内壁不会立即凝固，而是从与模具型腔壁接触的制品外壁向中空内壁冷却，同时由于氮气具有压缩性，即氮气有膨胀压力推动熔胶向模具向型腔壁运动补充收缩和充分填充型腔，即使在完成中空成型后采用高压氮气保压操作也可消除缩松和型腔填充不完全等缺陷；而在采用水辅成型时，由于水的导热率是氮气的40倍，水的热容量是氮气的4倍，中空体的内壁会迅速形成坚硬的固化层，与此同时与模具型腔壁接触的外壁在模具的冷却下也迅速形成坚硬的固化层，但水具有不可压缩性，意味着在流动充填过程中如果没有足够的阻力就不能形成足够的水压来作用在树脂体上，这样就导致在两层坚硬的固化层之间后凝固部分产生缩孔或缩松等缺陷，且不能推动未凝固熔胶完全充填型腔中的薄壁结构。对于制品在型腔中充填不完全的缺陷，在熔胶填充型腔时，采用螺杆保压的方式将模具型腔充分填充是一种好的方法；然而采用这种方式时，在水针阀打开的瞬间，型腔中的熔胶倒灌入水针机构中造成水针堵塞并影响生产的连续性；同时在打开连接型腔和溢料腔之间的开关阀后用水辅成型时，型腔内熔胶压力松弛，不能完全解决制品壁中的缩松/缩孔问题。在2012年09月19日，中国专利文献公开的授权公告号：CN102672921B《热塑性树脂中空制品的成型方法》中，本发明人提出在熔胶填充过程中采用高压气体反向加压的方法来解决水辅成型中所存在的缩松或/缩孔等问题，虽然有很好的效果，但在实施过程中发现对模具型腔的密封要求较高，实施成本较高等不足，同时采用此方法不能解决水针堵塞问题。

发明内容

[0003] 本发明目的是根据上述现有水辅成型中空制品时存在的不足，提供了一种用于流体辅助注塑成型的系统装置。

[0004] 本发明主要由注塑成型机100、水流注入控制装置200、高压气体注入控制装置300、注塑成型模具400、水针装置3和连接管道组成；其中，所述注塑成型模具400安装在注塑成型机100上，注塑成型模具400闭合后具有成型中空制品6的型腔2、溢料腔5、连通型腔2和溢料腔5的连接通道4，并在自型腔2至溢料腔5的连接通道4上依次布置开关阀4a和限流元件4b；其中，所述水针装置3固定在注塑成型模400上，具有独立的水通路3b和气体通路3c并通过连接管道分别与水流注入控制装置200和高压气体注入控制装置300连接，其中的流体输出端3a包含压力气体输出口和水流输出口，并位于型腔2中。

[0005] 本发明的优点，利用本发明系统生产的产品内壁光滑，远好于普通水辅工艺所成型制品的内壁，未发现一般水辅注塑成型时所存在的薄壁部位填充不完全及缩孔/缩松/分层等缺陷。

附图说明

[0006] 图1 本发明系统示意图；

[0007] 图2 本发明中成型模具布置示意图；

[0008] 图3 本发明中水针装置示意图；

[0009] 图4 本发明中限流元件示意图；

[0010] 图5 本发明成型方法步骤示意图；

[0011] 图6 本发明成型方法步骤示意图；

[0012] 图7本发明成型方法步骤示意图；

[0013] 图8本发明成型方法步骤示意图。具体实施方案

[0014] 下面结合附图通过具体实施方案，对本发明的技术特征及其相关技术特特做进一步阐述：

[0015] 如图1-8示意，图中的标号分别表示：100 - 注塑成型机、200 - 水流注入控制装置、300 - 高压气体注入控制装置、400 - 注塑成型模具、1a - 动模、1b - 定模、2 - 模具型腔、3 - 水针装置、3a - 流体输出端、3b - 水通路、3c - 气体通路、4 – 连接通道、4a – 开关阀、4b – 限流元件、5 - 溢料腔、6 – 中空制品、6b – 工艺余料、6c– 对外固定连接结构、7 - 水、8 - 进浇口、8a - 浇道系统、9 – 注塑机注射单元

[0016] 如图8所示的为本实施方案制作的中空制品6，是一个中空水管，所用树脂材料为玻纤增强尼龙66（PA66+30%GF），树脂密度为1.35g/cm3，其中，该水管外径为22mm，中空孔的直径17 mm±0.5mm。

[0017] 图1所示为本实施方案所采用的注塑成型系统，其中，注塑机100采用图框表示，注塑机注射单元用9示意，为一台400吨锁模力注塑机；水流注入控制装置200为本发明人自制的一套装置，可编程控制水的注入时间、输出体积流速和输出总体积，包括输出的动力系统等；高压气体注入控制装置300为本发明人自制的一套装置，可编程控制压力气体的输出时间、输出压力、气体输出的通与断等，并包括气体的增压装置；如图1和图2所示，为本实施方案所采用的模具结构，包括动模1a和定模1b，模具闭合后形成成型中空管的模具型腔2、溢料腔5、连通模具型腔2和溢料腔5的连接通道4，在连接通道4上自模具型腔2至溢料腔5的方向依次设置开关阀4a和限流元件4b，在定模1b中设置有浇道系统8a，通过进胶口8与模具型腔2连接；本实施例中，所使用的水针装置3如图3示意，水针装置3固定在注塑成型模具400上，具有独立的水通路（3b）和气体通路（3c）分别与水流注入控制装置200及高压气体注入控制装置300连接，水针装置3的流体输出端3a位于模具型腔2中，包含了水通路3b和气体通路3c的输出口，以便将压力气体和水流注入到型腔2中熔融树脂体中，其中气体通路3c的输出口设置为一种仅允许压力气体通过的狭缝结构，并在水通路3b输出口的中间。为充分成型制品的中空部分，水针装置3与型腔2和溢料腔5之间的连接通道4分别布置在形成制品中空部分的型腔的两端，即制品中空部分的一端导入流体，制品中空部分的另一端设置连接通道和溢料腔；对于一些复杂的制品，可能有多个相互连通的中空部分，这时可将水针装置布置在中空部分其中的一端，而在其余的中空分支的末端分别设置连接通道和溢料腔，并在每个连接通道上，均设置开关阀和限流元件，以便进行分别控制和成型。

[0018] 注塑成型制品一般都设计有一个或多个与外部零件连接固定的结构，如图中所示的对外连接结构6c，这些结构的壁厚一般与制品其他的薄壁部位一样，壁厚在2.5mm左右。因为成型制品中空部分的模具型腔空间大，熔融树脂填充型腔时阻力小，会被优先填充；而制品中的对外连接结构6c和制品的其他薄壁部分由于填充阻力大，容易出现填充不足或不密实等问题，造成制品缺料或强度下降等缺陷。为解决这些问题，本发明人在具体实施方案中，通过在分别引入压力气体和水流的水针装置3在连接通道4上的开关阀4a关闭时先注入压力气体使型腔2被熔融树脂充分充填，成型所需要的连接结构6c；然后打开连接通道4上的开关阀4a，在注入水流推出中空部分未凝固的熔融树脂时，通过设置在连接通道4上的限流元件4b的作用，维持型腔2中的未凝固熔融树脂在充分的压力下成型中空部分，消除在制品中的产生缩松/缩孔以及强度下降的风险。为在注入水流时对型腔2中的熔融树脂建立充分的压力，限流元件4b的通径设置小于制品中空部分通径的1/3，优选小于制品中空部分通径的1/4。

[0019] 图2及图5至图8示意了成型中空制品的几个步骤，具体方法包括如下几个步骤：

[0020] 闭合模具，此时，水针装置3处于关闭位置，开关阀4a处于关闭位置；注塑成型机的注射单元9向模具400的型腔2中注入预定量熔融热塑性树脂，使开关阀4a之前的型腔2中充分填充熔融热塑性树脂，水针装置3的流体输出端3a被熔融树脂完全包覆，如图2所示；在完成向型腔2中注入熔融热塑性树脂的同时，高压气体注入控制装置300被触发，按照预先设定的压力通过水针装置3的气体通路3c向型腔2中的树脂体中注入压力气体，所注入的压力气体压力高于型腔熔融树脂体的压力，例如150bar - 300bar之间的一个压力，推动型腔中的熔融树脂完全填充模具型腔2，形成制品的薄壁结构，并在水针装置3的流体输出端3a前部形成一个压力气体空间，持续注入气体直到型腔中的熔胶到达到预先所设定的气体压力，即水针装置3的流体输出端3a前部的压力气体空间压力达到预先设定的气体压力；此时，触发水流注入控制装置200向水针装置3中的水通路3b中注入水，在水通路3b中建立一个设定的压力，例如50 bar；然后，同时打开水针装置3的水通路3b和打开关阀4a，并停止向水针装置3中供应压力气体，水流注入控制装置200通过水针装置3按预先设定的体积流速和注入体积向型腔2中的熔融热塑性树脂体中注入水7，推动芯部未凝固的热塑性树脂通过限流元件4b进入到溢料腔5，在限流元件4b的作用下，使型腔2中的熔融热塑性树脂体中保持充分的压力，该熔融树脂体中的压力能通过注入水的压力显示出来，如图6所示；在完成向型腔2中的树脂体中注入预定体积的水后，停止注水；然后在先注入并存在于水柱和树脂之间的压力气体作用下，以及水的自重作用下，将冷却凝固后中空制品中水通过水针装置3的水通路3b排出，如图7所示，被排除的水可返回到水流注入控制装置200，也可排到工厂内的蓄水池中，图中未明示；开模取件，去除工艺预料如进胶口8和连接通道及溢料6b，获得中空制品6如图8所示。

[0021] 在本实施例中，本发明人根据上述方案，根据热塑性树脂（PA66+30GF）的物性和产品的大小，将动模1a和定模1b的温度设定和控制在120℃，水的温度为70℃，压力气体的压力设定为200 bar，限流元件的通径设为4mm，水针装置中水通道中的初始压力设为30bar，向型腔中注入水流的速度设为15升/分钟，注入水的体积设为600毫升，最后整个注塑成型周期为40秒；连续成型50模，未发生水针装置被熔胶堵塞的现象；通过解剖制品检查，不仅未发现一般水辅注塑成型时所存在的薄壁部位填充不完全及缩孔/缩松/分层等缺陷，而且管内径的偏差在±0.3mm范围内小于要求的±0.5mm范围，还出乎意料的发现，管的内壁光滑，远好于普通水辅工艺所成型制品的内壁；各部位取样测试，强度性能等符合制品的要求。

[0022] 虽然以上已经参照附图对按照本发明目的的构思作了详尽说明，但本领域技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，而这种改进和变换仍然应当属于本发明的保护范围。