微发泡注塑成型技术(上)
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一．前言
在当今注塑工业界，原材料价格的不断上涨，客户对产品品质的要求不断提高给制造商带来很大的压力和挑战。在这种情况下迫切需要一种既可以提升产品品质又能够降低成本的技术，微发泡注射成型的出现为业界解决了这一难题。
微发泡(Microcellular Foaming)是指以热塑性材料为基体，制品中间层密布尺寸从十到几十微米的封闭微孔。微发泡注塑成型技术突破了传统注塑的诸多局限，在基本保证制品性能的基础上，可以明显减轻重量和成型的周期，大大降低机台的锁模力，并具有内应力和翘曲小、平直度高，没有缩水，尺寸稳定，成型视窗大等特点，特别是在生产高精密和材料较贵的制品上与常规注塑相比较独具优势，成为近年来注塑技术发展的一个重要方向。
二．发展概述
上世纪80年代，美国麻省理工学院（MIT）首先提出微发泡的概念，希望在制品中产生高密度的封闭泡孔，从而在减少材料用量的同时提高其刚性，并避免对强度等性能造成的影响。
Trexel于90年代中成立并获得MIT的所有专利授权，将微发泡技术商品化并继续大力发展，现在已获得在世界各地７０多个相关的专利，微发泡成为了一个非常成熟的革新技术在全世界被广泛使用。很多全球著名的OEM厂商已指定应用微发泡技术在他们的产品上。同时Trexel也和全世界的许多著名的注塑机品牌建立了紧密的合作关系。
微发泡技术的使用先从美国，欧洲开始，再延伸到日本及东南亚等地区。在中国刚刚起步，但用户正迅速增长。经过多年来全球不同用户在商业设备，汽车部件，电子电器等各种产品中大批量生产使用，微发泡技术的优点更得到了验证，用户在提高产品质量的同时获取了更高的经济回报。
三．基本原理、系统介绍和硬件升级
1．微发泡工艺流程
首先氮气或二氧化碳经过超临界流体控制系统产生超临界流体，再通过注气通道打入注塑机螺杆的均化区，通过螺杆塑化剪切，高分子熔体和超临界流体在均化区内充分溶解形成单相融体并保持在一定的恒定压力下，当注塑机的注射指令发出时，自锁喷嘴将会打开将单相融体射入模具的型腔中，形成微发泡产品。
2．基本原理
微发泡成型过程可分成三个阶段：首先是将超临界流体（二氧化碳或氮气）溶解到高分子熔体中形成单相融体并保持在高压力下；然后，通过自锁喷嘴射入温度和压力较低的模具型腔，由于温度和压力降低引发分子的不稳定性从而在制品中形成大量的气泡核；最后这些气泡核逐渐长大生成微小的孔洞。
发泡后的制品横切面图如下，我们从中可以明显看到表层还是未发泡的实体层，这是由于模具温度较低，这样表面的树脂冷却迅速，细胞核没有成长的时间所以还是未发泡的实体。
3．螺杆，料筒设计
使用微发泡技术必须在注塑机上装上特别的螺杆和料筒，特点：
（1）螺杆具有特殊的螺纹设计－超临界流体被射入搅拌区后需要特别的螺纹来切碎超临界流体使之与高分子熔体充分溶解从而形成单相融体。
（2）单相融体必须保持在一定的高压下才不会离析，微发泡料筒配备自锁喷嘴，螺杆中部具有止逆结构，从而在料筒前端的射出段形成一个密闭高压的区间。可以用汽水的图示来帮助大家理解，当注射时，自锁喷嘴打开就如同汽水瓶的盖子被打开一样，单相融体瞬间注入模具型腔开始发泡。
4．设备
用户可以向注塑机厂购买微发泡专用注塑机，该机型在标准机的基础上增加微发泡专用设备，如螺杆、料筒，加装气体注射器，超临界流体控制器和专用微发泡控制界面系统，当然，也可以在已有的注塑机上进行升级，但是由于微发泡螺杆和料筒是定制件，需考虑与注塑机规格的配合，螺杆长径比是22:1，另外还要注意注射座台的整移行程是否足够。值得一提的是，升级为微发泡专用注塑机之后，仍可以很方便切换回传统注塑，用户可以根据需求灵活安排生产。
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