塑料的發(fā)泡一般分微孔發(fā)泡（物理發(fā)泡法）和結(jié)構(gòu)發(fā)泡（化學發(fā)泡法），在擠出、注塑成型中均可以采用。
一、塑料發(fā)泡工藝
1. 微孔發(fā)泡
目前， 微孔發(fā)泡工藝是塑料加工中的一種先進的新工藝， 世界各國都在研究和開發(fā)新的發(fā)泡專用設(shè)備和發(fā)泡劑。在塑料的發(fā)泡注塑成型加工中， 采用物理發(fā)泡法可以得到均勻的微孔發(fā)泡制品， 不過需要用專用的注塑機和附屬設(shè)備， 經(jīng)壓縮后的惰性氣體通過專用設(shè)備輸入到機筒、螺桿處， 特別設(shè)計的螺桿、機筒將其均勻地分散到熔融的塑料中， 熔料注入模具中減壓發(fā)泡。也可以通過溶入塑料熔體中的低沸點液體進行蒸發(fā)使之汽化而發(fā)泡； 目前， 歐美的一些著名塑料機械廠商已經(jīng)開發(fā)出這種注塑機， 并在大型塑料件（ 如汽車配件） 的生產(chǎn)中開始使用。物理發(fā)泡劑的要求：無毒、無臭、無腐蝕作用、不燃燒、熱穩(wěn)定性好、氣態(tài)下不發(fā)生化學反應(yīng)、氣態(tài)時在塑料熔體中的擴散速度低于在空氣中的擴散速度。一般采用：二氧化碳、氮氣、氟利昂、氯甲烷和戊烷等。微孔發(fā)泡法的優(yōu)點： 發(fā)泡劑的成本較低，尤其是二氧化碳和氮氣，發(fā)泡后無殘余物，對發(fā)泡塑料的性能影響不大。缺點是設(shè)備投資大，技術(shù)難度大。
2. 結(jié)構(gòu)發(fā)泡（化學發(fā)泡法）
采用化學發(fā)泡法是將發(fā)泡劑加入塑料原料中造粒， 利用化學方法產(chǎn)生氣體使塑料發(fā)泡；在塑料中加入化學發(fā)泡劑，加熱時分解釋放出氣體而發(fā)泡；也可以利用各塑料組份之間發(fā)生化學反應(yīng)釋放出氣體而發(fā)泡。
圖 昊智新材料無機化學發(fā)泡劑
化學發(fā)泡劑的要求：其分解釋放出的氣體應(yīng)為無毒、無腐蝕性、不燃燒、對制品的成型及物理、化學性能無影響，釋放氣體的速度應(yīng)能控制，發(fā)泡劑在塑料中應(yīng)具有良好的分散性。一般采用：無機發(fā)泡劑有碳酸氫鈉和碳酸銨；有機發(fā)泡劑有偶氮甲酰胺和偶氮二異丁腈。
結(jié)構(gòu)發(fā)泡法的特點：發(fā)泡劑加入塑料中在機筒內(nèi)與塑料一起塑化發(fā)泡，不需增加設(shè)備，射嘴采用自鎖式射嘴。用普通的注塑機便可以生產(chǎn)，只是在采用高壓發(fā)泡法加工時，需要增加二次合模保壓裝置。下面重點紹一下塑料的化學發(fā)泡注塑成型的類型、加工工藝及其應(yīng)用。
圖 昊智新材料注塑成型化學發(fā)泡法孔徑圖
2.1 低壓發(fā)泡法
低壓發(fā)泡法注塑與普通注塑的區(qū)別是其模具的模腔壓力較低，約2~7MPa，而普通注塑則為30~60MPa 。低壓發(fā)泡注塑一般采用欠注法，即將定量（ 不能注滿模腔）的熔料注入模腔，發(fā)泡劑分解出來的氣體使塑料膨脹而充滿模腔。在普通注塑機上進行低壓發(fā)泡注塑，一般是將化學發(fā)泡劑與塑料混合，在機筒內(nèi)塑化，必須采用自鎖射嘴，注射時，由于氣體的擴散速度很快，會造成制品的表面粗糙，因此注塑機的注射速度要足夠快，一般采用增壓器來提高注射速度和注射量， 使注射能在瞬間完成。
低壓發(fā)泡法注塑的特點：可生產(chǎn)大型較厚的制品；制品的表面致密，其表面可以印刷或涂層；模腔壓力小、合模力小、生產(chǎn)成本低。缺點是表面光潔度較差，可以通過提高模具的溫度來改善。
2.2 高壓發(fā)泡法
高壓發(fā)泡法的注塑模腔壓力為7~15MPa，采用滿注方式，為了得到發(fā)泡，可以擴大模腔，或者使一部分塑料分流出模腔。采用擴大模腔法的注塑機與普通注塑機比較，增加了二次合模保壓裝置，當塑料和發(fā)泡劑的熔融混合物被注入到模腔后延時一段時間，合模機構(gòu)的動模板向后移動一小段距離，使模具的動模和定模稍為分開，模腔擴大，模腔內(nèi)的塑料開始發(fā)泡膨脹。制品冷卻后在其表面形成致密的表皮，由于塑料熔體的發(fā)泡膨脹受到動模板的控制，因此，也就可以對制品的致密表層的厚度進行控制。動模板的移動可以是整體移動，也可以是部分移動使局部發(fā)泡， 從而得到不同密度的制品。高壓發(fā)泡法注塑的優(yōu)點： 制品表面平整、清晰、能體現(xiàn)出模腔內(nèi)的細小形狀。缺點是模具的制造精度要求高，模具費用高，對注塑機的二次鎖模保壓的要求高。
圖 注塑發(fā)泡：化學發(fā)泡法：泡孔截面圖
2.3 雙組份發(fā)泡法
雙組份發(fā)泡注塑是一種特殊的高壓發(fā)泡注塑，它采用專門的注塑機，這種注塑機有兩套注射裝置：一套注塑制品的表層，另一套注塑制品的芯部。不同配方的塑料，分別通過這兩個注塑裝置按一定的程序先后注入到同一套模具的模腔，從而得到具有致密的表層和發(fā)泡的芯部的輕質(zhì)制品。對于大型的制品，芯部可以摻用下腳料、填充料、廢料、紙等，從而大大地降低制品的生產(chǎn)成本。表層材料和芯部發(fā)泡材料的選擇原則，兩種塑料之間必須滿足粘合性能好（見表1 ）；膨脹和收縮相同或接近；熱穩(wěn)定性和流動性相近。通常，發(fā)泡材料有PS、ABS、PE、PP、PA、PC、AS、PPO、PMMA 等；芯部的填料有玻璃纖維、玻璃珠、陶瓷顆粒等。
雙組份發(fā)泡注塑通常有以下兩種情況：
-
一種是表層塑料A 和芯部塑料B 是同一種塑料，B種含有發(fā)泡劑；
-
另一種是A 和B 是不同一類塑料，但能很好粘合在一起，A 中含有纖維類的增強材料，B 中含有發(fā)泡劑和填充料。注塑過程為：先注A 一部分料入模腔，再由另一裝置注B 入模腔，B 將A 推向模腔的邊緣但不將A沖破，注滿模腔后，再補注一定數(shù)量的A ，以清洗流道中的B ，以避免在澆口處有B 的發(fā)泡結(jié)構(gòu)而影響外觀和防止B 料進入下次注射的A料中而形成表層發(fā)泡，模腔被注滿后延時一段時間，動模開啟一定的距離，以控制塑料B 的發(fā)泡。
在注塑過程中必須控制好塑料熔體的溫度、模具的溫度、注射速度、注射壓力等因素，以保證B 料能順利將A 料推向模腔的邊緣而形成均勻的表層， 但不會沖破它。雙組份發(fā)泡注塑制品的特點有：具有較大的撓曲剛性；厚壁制品的表面質(zhì)量較好，不會產(chǎn)生凹痕； 芯部材料可以采用較便宜的材料，可以降低制品的成本；制品的表面光潔度較高。
2.4 反壓發(fā)泡法
反壓發(fā)泡注塑是在注射之前用高壓氣體如空氣或惰性氣體將模具的模腔充滿，注射時阻止塑料發(fā)泡膨脹以得到致密的表層，采用欠注法，注射一定的熔料后把氣體排出使塑料膨脹而充滿整個模腔。反壓注塑法的優(yōu)點是：制品的表面光潔度較好，表層的組織比較均勻致密。缺點是需要增加一套氣體蓄壓裝置和能密封型腔的模具，氣體壓力較高（20MPa），投資較大，模具密封較難控制。
圖 注塑成型：化學發(fā)泡法(工具箱）
二、影響發(fā)泡注塑的因素
與普通注塑相比，發(fā)泡注塑的主要影響因素有注射速度、注射壓力、注射溫度、模具溫度、塑料的特性、發(fā)泡劑的特性和用量、氣泡在制品中的生長過程等。
（1 ）注射速度為了得到氣孔的大小和分布程度都均勻的注塑制品，注塑機的注射速度要快，注射速度如果過慢，會產(chǎn)生大小不均勻的氣孔，由于沿著模腔壁面流動的熔融物料提前固化，增加了流動阻力和能耗，從而減少了制品泡。高速注射可以提高制品的質(zhì)量，但過高的注射速度會使熔料與模腔發(fā)生強烈的剪切作用而得到粗糙的表面。
（2 ）注射壓力
注射壓力要足夠高以便得到較高的注射速度，以縮短充模時間。充模時間短，氣泡的形成時間短，從而發(fā)泡產(chǎn)生的氣泡要小一些，而且分布較均勻，注射壓力高時，氣泡形成的數(shù)較多，氣泡較小，分布也比較均勻，熔膠時加一定的背壓，對于穩(wěn)定、均勻地充模有好處。
圖 注塑成型：化學發(fā)泡法（汽車儀表盤）
（3 ）加工溫度
應(yīng)盡量選擇與塑料和發(fā)泡劑相適宜的加工溫度，熔體的溫度低會使熔體的粘度增加，使氣體在熔體中的擴散系數(shù)降低，氣泡的形成減少，而且氣泡的增長較慢，熔體的溫度低會使熔體的應(yīng)力松弛較慢，氣體從熔體中的釋放速度變慢。但熔體溫度過高，容易發(fā)生噴射現(xiàn)象，會使熔體在模腔中形成輻射狀流動，在發(fā)泡注塑中應(yīng)注意避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)。
（4 ）模具溫度
模具溫度對制品的表面光潔度、表層的厚度、生產(chǎn)周期等均有影響，模具溫度高，制品的表面光潔度高、表層較薄，但生產(chǎn)周期較長；在其他條件相同的情況下，熔體的等溫充模和不等溫充模對氣泡的形成有較大的影響，不等溫充模時熔體發(fā)泡產(chǎn)生的氣泡的數(shù)量要比等溫充模時產(chǎn)生的氣泡少，熔體充模后，其中心部位產(chǎn)生的氣泡較多。
圖 注塑成型：化學發(fā)泡法（音箱音盆）
三、應(yīng)用
發(fā)泡塑料由于有氣泡的存在，因此具有密度低、比強高、能吸收沖擊載荷、隔熱、吸音及機械加工性能優(yōu)點， 其應(yīng)用范圍十分廣泛，特別對于大型的厚壁制品，如汽車配件、家用電器的外殼、塑料板材等。發(fā)泡注塑可以節(jié)省材料，降低成本，因此，已經(jīng)受到廣大廠商的歡迎。
圖 注塑成型：化學發(fā)泡法（浮球）
本文來源：昊智新材料
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