轻量化发泡新工艺

寂静回声

汽车电动化发展趋势推动产品轻量化制造成为当前一大趋势。众多OEM厂商在组装车辆时，都会竭力挖掘轻量化的潜力。受到法规要求减少有害物质排放以及围绕电动车展开的一系列讨论的推动，各种塑料部件也被置于人们的视线中。如，发泡技术是一种有效的减轻注塑部件重量的方法。而在汽车工业以减重为首要关注点时，其它行业对发泡技术也产生了兴趣，因为它可以减少材料的使用量，这意味着成本的降低。

发泡注塑成型也有加工技术上的优势。因为它可以显著降低粘度，从而增加熔体的流动性能。由于发泡材料的填充压力变小，一定程度上不再需要确定的保压时间，也可以降低注塑机的合模力和模具的刚度。改用更小的注塑机、更轻的注塑模具意味着可以带来显著的节约。原来需要用钢材制造的结构紧凑的注塑机才能加工的大型部件，如果采用发泡注塑，可能只需要铝制模具即可。
现在，Kunststoff-Institut Lüdenscheid 和 林德气体开发了一种新型物理发泡工艺，省去了对注塑设备进行代价高昂的重新改造或加工。这种技术所具有的灵活性吸引了小批量生产和量产企业。如果结合气体反压法，还可以赋予产品漂亮的外观表面。新型物理发泡工艺兼具简单化学发泡和高效物理发泡的优点。

在注塑机加工工艺前增加了一个步骤：干燥后的材料被浸润在二氧化碳（CO2）中，作为压力容器内的推进剂。粒子带走的气体根据塑料材料的种类、温度、浸润时间以及压力的不同而有差异。根据当前已有的知识，聚碳酸脂消耗的气体最多
随着含CO2的PET饮料瓶的推出，人们认识到，CO2会快速扩散进入并贯穿到塑料粒子中，但Kunststoff-Institut Lüdenscheid和林德气体的共同研究表明，在载荷和压力释放后，CO2依然会保留在塑料粒子中相当长的时间，即便在敞开存放条件下，有时候还能保持2-3小时。
图3 对用不同塑料制成的发泡部件进行连续称重（参考：紧致部件）。每一个点对应于一个部件。确认了经过几个小时，浸渍塑料表现出了可重现性。（来源：Kunststoff-Institut）
迄今为止，很多材料得到了研究，因此，人们可以在数小时内重现发泡结果。只有当气体逐渐从塑料粒子中逃逸后，部件才会开始变得重起来。更让人振奋的是，像化学发泡一样，人们也在常规注塑机上对多种材料进行了物理发泡研究。

与中央干燥方式相似，一只高压釜也可以加载几台注塑机用的材料。除了对材料进行进一步研究外，Kunststoff-Institut  Lüden scheid和林德气体还与周边技术合作伙伴共同就工业化概念进行合作，并有望于2018年推出产品。
用气体反向压力改善部件表面外观
各种发泡工艺都存在的缺点是气泡会突然在熔体前端破裂，导致成型部件表面产生裂纹。与防止明显的流痕的产生一样，采用变模温工艺是一个合适的方法，即稍微增加射出和保压阶段的模具壁温，这样，在熔体于模腔壁固化下来以前，存在气泡破裂的熔体被再次压紧。

这样产生的表面可与实心成型部件相媲美，在许多情况下，流痕和凹痕的情况要更好。因模具、周边设备、能耗而造成的相关成本，具体视材料、部件的几何形状、模具概念和加工周期而定。另一种方法是气体反压工艺，但这种方法迄今为止用得很少，主要用来防止气泡在熔体前沿破裂。它会略微降低发泡水平，但即便采用传统的模温控制方式，依然可以得到密实的表面。
听上去很简单，但从密封和工艺技术角度来看，却并不那么容易实现。即便模具密封恰当，也必须控制气体，以适应模腔的填充。因此，气体（氮气）压力不仅要具有可重复性，而且必须迅速增加，并以可控的方式再次迅速地下降。

这里可以使用类似于内部气体压力技术的压力控制模块。一旦闭模后，压力控制模块的控制单元接收到一个信号，并在注射开始前增加将模腔内的气体压力水平。为了防止熔体在流动时进一步增加压力，从而产生填充问题，压力控制模块的控制阀必须迅速响应，并通过释放气体使流道末端的反压力保持恒定。这里，除了压力控制模块外，阀门和排气通道的位置是否正确至关重要。