一種新的微孔注射工藝，利用芯后退模具的氣體反壓和運動使低密度聚丙烯部件具有受到良好控制的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。
 

因為聚合物結(jié)構(gòu)泡沫良好的機械性能和輕量化而對其感興趣的商業(yè)和工業(yè)與日俱增。注射發(fā)泡過程產(chǎn)生具有封閉外皮和泡沫芯的核-殼結(jié)構(gòu)，提供了對注塑部件的制造尤為有用的若干優(yōu)勢（例如，良好的尺寸穩(wěn)定性和降低的制造時間）。通過調(diào)節(jié)冷卻過程（例如模具溫度），實心外表層的厚度可以得到控制。然而，所得到的產(chǎn)品通常有著嚴(yán)重的表面缺陷和非均質(zhì)的細(xì)胞形態(tài)。
 

微孔注射成型可以通過將化學(xué)發(fā)泡劑（CBA）以粒料形式直接加入料斗，從而引起發(fā)泡行為來進(jìn)行。發(fā)泡階段模具型芯測被拉回的芯后退法在領(lǐng)域內(nèi)比較先進(jìn)，它可以控制發(fā)泡膨脹比。另外，模腔內(nèi)部的氣體反壓（GCP）可以在填充時用于防止過早發(fā)泡，從而提高注入部件的表面質(zhì)量。但是，關(guān)于在注入樣品的表面和細(xì)胞形態(tài)上不同的聚合物制劑，CBA的類型，注入?yún)?shù)和GCP值的組合影響的信息比較缺乏。

      為了定義產(chǎn)生出均勻的具有良好的表面質(zhì)量的發(fā)泡結(jié)構(gòu)的最有效方法，我們進(jìn)行了泡沫注入樣品的深層形態(tài)分析。我們使用不同的聚丙烯配方、CBA和注入?yún)?shù)來制作樣品。然后我們量化發(fā)泡部分的形態(tài)，利用圖像分析研究樣品的表面。
 

我們使用了三種不同類型的聚丙烯的樣品制造：純聚丙烯（PP-1），用重量分?jǐn)?shù)7%的滑石填充的聚丙烯（PP-2），以及用重量分?jǐn)?shù)12%的礦物（7％滑石和5％鎂纖維）填充的聚丙烯（PP-3）。我們還使用了兩種不同的吸熱CBA。這些發(fā)泡劑分別是與70％（重量）的檸檬酸（CBA-1）或70％（重量）的碳酸氫鈉（CBA-2）混合的聚乙烯類化合物。
 

注塑部件的最終密度在0.5和0.6g/cm3之間，這決定于芯后退開口1.2到1.5mm的改變。零件的外表皮厚度一般為350-400μm。當(dāng)注射時間增加時，表皮厚度幾乎保持不變。圖1顯示了注射時間（0.4和1.5秒）對PP-3 + CBA-1的細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響。但是細(xì)胞形狀的不再是球形，厚度也會發(fā)生變化。GCP對細(xì)胞形態(tài)的影響是可以忽略不計，但是當(dāng)使用上述2.5MPa時表面有顯著改善（參見圖2）

圖1. 注射時間（tinj）對聚丙烯（PP）復(fù)合材料形態(tài)的影響。這些樣品包括用重量分?jǐn)?shù)7%的滑石和5％鎂纖維以及與70％（重量）的檸檬酸（CBA-1）混合的聚乙烯基化合物填充的聚丙烯（PP-3）。

圖2. 氣體反壓（GCP）值對純聚丙烯（PP-1）和CBA-1注射樣品表面的影響。
聚丙烯配方對模制部件的質(zhì)量有相當(dāng)大的影響。PP-1和PP-2的孔徑均勻，但鎂纖維在PP-3的存在下引發(fā)了不均勻的蜂窩結(jié)構(gòu)，核心細(xì)胞也較大。用CBA-2注射的樣品相對于CBA-1表現(xiàn)出較低的小區(qū)半徑（40微米）。聚丙烯配方和CBA類型對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響示于圖3中，表1中提供了從圖像分析中獲得的形態(tài)參數(shù)。

圖3. 顯示PP配方和CBA類型影響的光學(xué)顯微照片。CBA-2：與70％（重量）的碳酸氫鈉（CBA-2）混合的聚乙烯類化合物。

      表1. 不同配方制成部件的形態(tài)參數(shù)。PP-2：填充重量分?jǐn)?shù)7%滑石粉的聚丙烯。


 

      我們已經(jīng)表明，結(jié)合中等GCP值，芯后退運動和CBA的使用相比經(jīng)典發(fā)泡注射可以獲得更均勻結(jié)構(gòu)的低密度樣品（0.5-0.6g/cm3）。泡沫結(jié)構(gòu)可通過改變制劑的PP（填料和纖維），CBA的類型與注射參數(shù)來控制。這種技術(shù)由于其更低重量和良好機械性能的結(jié)合將會在汽車行業(yè)大有用途。在我們研究的下一個階段，我們打算分析復(fù)雜零件的微注射工藝，并使用新的配方和CBA。