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塑料微發(fā)泡成型技術(shù)(MuCell)，是將超臨界流體(N2或CO2)注入射出機(jī)料管中,透過螺桿將超臨界流體與塑料混煉成均勻單相流體。超臨界流體與熔融態(tài)高分子之勻相混合物在射出過程中因?yàn)樗查g壓降造成熱力學(xué)不平衡，使得流體進(jìn)入模穴后氣體得以從熔融態(tài)塑料當(dāng)中擴(kuò)散成核并長成均勻微細(xì)氣泡。含有微細(xì)氣泡的塑料經(jīng)模具冷卻固化得到微細(xì)發(fā)泡成品。現(xiàn)在我們先來看兩個相關(guān)的視頻。
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此一制程省去傳統(tǒng)制程的保壓階段而節(jié)省制程周期時間，同時解決傳統(tǒng)射出產(chǎn)品不均勻收縮與翹曲變形等問題，大幅提升產(chǎn)品尺寸精度。另外，微發(fā)泡制程比一般射出制程有較短的生產(chǎn)周期，其產(chǎn)品因使用氣體作為發(fā)泡媒介而兼具制程環(huán)保、產(chǎn)品輕量化的優(yōu)點(diǎn)且產(chǎn)品塑料可回收。
該技術(shù)被廣泛用于各種產(chǎn)業(yè)制造中，如商業(yè)設(shè)備、工業(yè)/電子和汽車產(chǎn)業(yè)等。圖1為該技術(shù)在汽車零部件上的應(yīng)用案例。
圖1 部分Mucell部分在汽車上的應(yīng)用案例
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現(xiàn)在我們來詳細(xì)介紹一下塑料微發(fā)泡成型技術(shù)
一、微發(fā)泡成型過程可分成三個階段：
（1）首先是將超臨界流體（二氧化碳或氮?dú)猓┤芙獾綗崛谀z中形成單相溶體并保持在高壓力下，如圖2；
（2）然后，通過開關(guān)式射嘴射進(jìn)溫度和壓力較低的模具型腔，由于溫度和壓力降低引發(fā)分子的不穩(wěn)定性從而在制品中形成大量的氣泡核，
（3）最后這些氣泡核逐漸長大天生微小的孔洞。
我們從制品截面可以明顯看到表層還是未發(fā)泡的實(shí)體層如圖3，這是由于在填充過程中模具溫度較低，表面的樹脂冷卻迅速，細(xì)胞核沒有成長的時間所以還未發(fā)泡。
圖2 注塑工藝原理
圖3 制品界面剖圖
二、使用MuCell必須在注塑機(jī)上裝上特別的螺桿和機(jī)筒
1. 螺桿具有特殊的螺紋設(shè)計(jì)——超臨界流體被射進(jìn)攪拌區(qū)后需要特別的螺紋來切碎超臨界流體使之與熱熔膠充分溶解從而形成單相融體。
2. 單相融體必須保持在一定的高壓下才不會離析，Trexel的機(jī)筒有單向止逆閥和開關(guān)式射嘴設(shè)計(jì)從而在機(jī)筒前真?zhèn)€射出段形成一個密閉高壓的區(qū)間。當(dāng)注射時，開關(guān)式射嘴打開，單相融體瞬間注進(jìn)模具型腔開始發(fā)泡。
三、特點(diǎn)及優(yōu)勢
1、與常規(guī)注塑成型制品的比較
對國外現(xiàn)有采用Trexel公司專利的微發(fā)泡注塑成型機(jī)進(jìn)行分析及相關(guān)的數(shù)據(jù)比較可以看出，與常規(guī)的模塑制品相比，除去購買許可證和增加設(shè)備的投資以外，微發(fā)泡模塑制品的平均成本可降低16%-20%。而這主要通過四個方面實(shí)現(xiàn)：
1）微發(fā)泡注塑循環(huán)周期可減少50%，從而降低了加工成本。同時注塑制品的下腳料比例降低，設(shè)備的能耗也更低。
2）對于相同類型的制品，微發(fā)泡注塑工藝可以使用更小和更少的機(jī)器，模具成本更低，從而降低投資成本。
3）由于微發(fā)泡注塑制品的密度降低，可以設(shè)計(jì)具有更薄壁結(jié)構(gòu)的制品，降低制品的材料成本。
4）由于減少或消除了常規(guī)模塑在合模和保壓過程中產(chǎn)生的模內(nèi)應(yīng)力，因此微發(fā)泡注塑可以制備更平、更直和尺寸精度更高的制品，從而為制品的品質(zhì)和價格提升提供了更大空間。
回復(fù)“微發(fā)泡”，可查看更多相關(guān)文章
2、與其他注塑成型工藝的比較
許多其他的注塑成型工藝過程也使用或涉及氣體或發(fā)泡劑，這些工藝主要有：結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑、氣體輔助注塑和化學(xué)發(fā)泡成型。
1）微發(fā)泡注塑與結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑
結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑通常用于成型較大的制品，最常見的是采用特殊的低壓注塑機(jī)加工高密度聚乙烯（HDPE）原料。其制品的重量減輕可以達(dá)到10%或更多。微發(fā)泡注塑在某些方面比結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑更有優(yōu)勢，如對于大多數(shù)材料包括常用的工程塑料來說，其材料的減少和注塑循環(huán)時間的降低更加顯著。微發(fā)泡注塑能夠成型同時具有薄壁和厚壁的結(jié)構(gòu)，制品設(shè)計(jì)方面的靈活性更大。但微發(fā)泡注塑對于具有大長厚比的制品和厚壁（大于6毫米）制品方面則沒有太多優(yōu)勢。
2）微發(fā)泡注塑與氣體輔助注塑
氣體輔助注塑可以成型表面質(zhì)量非常高的制品，通過對模具和制品進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，在厚壁制品的內(nèi)部設(shè)計(jì)空腔實(shí)現(xiàn)氣體輔助注塑。而微發(fā)泡對于厚壁制品的成型沒有優(yōu)勢，而且其制品的表面質(zhì)量也無法達(dá)到非常完善。
但氣體輔助注塑通常只用于消除制品的收縮痕，因此從這方面來說，微發(fā)泡注塑可能是一個更好的選擇，能夠更多地降低制品重量，以更短的循環(huán)時間成型，并且制品翹曲較少，同時也能夠消除收縮痕。
3）微發(fā)泡注塑與化學(xué)發(fā)泡成型
化學(xué)發(fā)泡劑在特定的溫度下分解而產(chǎn)生氣體發(fā)泡劑。不同類型的發(fā)泡劑適用于不同溫度下分解發(fā)泡。其通常用于厚壁制品成型以消除收縮痕，同時也可以降低制品密度。對于薄壁制品使用化學(xué)發(fā)泡劑會使表面質(zhì)量劣化，同時會顯著降低其力學(xué)性能。而且，從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，化學(xué)發(fā)泡不能夠大幅度降低密度。
而微發(fā)泡注塑的優(yōu)勢在于，許多吸熱型的化學(xué)發(fā)泡劑會生成水（也產(chǎn)生CO2氣體），因此需要添加吸水劑以防止由于水的存在而造成聚合物熔體的降解現(xiàn)象。氣體發(fā)泡劑生產(chǎn)批號的不同致使在生產(chǎn)過程中不得不隨時調(diào)整生產(chǎn)工藝。另外，由于化學(xué)發(fā)泡劑本質(zhì)上的熱穩(wěn)定性不佳，因而很難用于加工高溫型樹脂。化學(xué)發(fā)泡劑通常會在樹脂中有所殘留，或產(chǎn)生副產(chǎn)品。帶有副產(chǎn)品或未分解化學(xué)發(fā)泡劑的樹脂通常會使制品耐老化性能降低，并可能導(dǎo)致模具排氣孔堵塞。而且，其加工過程中產(chǎn)生的下腳料很難就地回收使用。
當(dāng)然，微發(fā)泡注塑成型技術(shù)也并非完美無缺，對于要求透明性強(qiáng)和表面質(zhì)量非常高的制品，采用微發(fā)泡注塑成型技術(shù)需要更加慎重。
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三、MuCell微發(fā)泡注塑的新技術(shù)發(fā)展
當(dāng)然，微發(fā)泡注塑成型技術(shù)也并非完美無缺，對于要求透明性強(qiáng)和表面質(zhì)量非常高的制品，采用微發(fā)泡注塑成型技術(shù)需要更加慎重。但可以和表面噴涂結(jié)合起來，也可以和IMD（模內(nèi)注塑裝飾技術(shù)）結(jié)合，做出來的產(chǎn)品沒有縮水痕、更平直、外表更美觀。
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