一種新的微孔注射工藝，利用芯后退模具的氣體反壓和運(yùn)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(jī)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(yùn)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(jī)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。