微發(fā)泡成型技術(shù)在發(fā)動機裝飾罩中的應(yīng)用

鄧晶晶

（成都航天模塑股份有限公司，四川 成都 610100）

0 引言

微發(fā)泡(microcellular foaming)成型是以熱塑性材料為基體，成型分為三個階段，如圖1所示，首先通過特殊的計量與注射系統(tǒng)，將超臨界流體(supercritical fluid，SCF)氮氣或二氧化碳溶解在單相熔體中，再通過開關(guān)式熱流道或普通流道澆口注入較低壓力和溫度的型腔中，形成大量的氣泡核，最后由氣泡核成長為微孔，得到制品密布尺寸為十到幾十微米的封閉微孔。

微發(fā)泡成型與化學(xué)發(fā)泡成型相比，主要有以下優(yōu)點。

（1）所需模具溫度低，在低溫模具中可以維持相同水平的結(jié)晶度，減少殘余應(yīng)力，保證成型制品尺寸精度的穩(wěn)定性[1-3]。

圖1 微發(fā)泡成型過程

（2）減少熔融黏度下降引起的損失，拓寬了材料的選擇范圍[1-3]。

（3）工藝穩(wěn)定，不受環(huán)境溫度影響。

（4）利用SCF物理成核發(fā)泡，解決了化學(xué)發(fā)泡劑殘留的缺陷。

微發(fā)泡成型過程中，需要合理確定溫度、壓力、SCF填充量及速度，才能得到滿意的微孔大小和分布，由于單相熔體會散發(fā)較多氣體，同時型腔中有空氣，需要在充填過程中排出，如排氣不良將會導(dǎo)致成型的制品產(chǎn)生缺陷，需要對模具增加特殊排氣結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)介紹汽車發(fā)動機裝飾罩微發(fā)泡成型技術(shù)的應(yīng)用，由于成型的制品安裝在發(fā)動機艙內(nèi)，對制品的耐高溫、外觀及輕量化都有較高要求，常規(guī)注射、化學(xué)發(fā)泡成型都不能滿足要求，必須采用微發(fā)泡成型工藝。

1 澆口設(shè)計

為保證型腔與螺桿形成壓力降，觸發(fā)微孔成長，澆口必須為普通流道或針閥式熱流道，同時澆口位置的選擇應(yīng)考慮流動系數(shù)（流動長度與壁厚的比值，L/t），流動系數(shù)越低，減輕成型制品的質(zhì)量效果越好，如圖2所示。為減輕成型制品質(zhì)量5%以上，同時保證制品成型外觀及改善翹曲的目的，設(shè)計了6點針閥式熱流道澆口，如圖3所示。

圖2 流動系數(shù)

圖3 澆口位置

發(fā)動機裝飾罩材料采用PA6+GF，其熔融溫度在250℃以上，澆口處溫度較高易產(chǎn)生碳化現(xiàn)象，導(dǎo)致成型制品表面出現(xiàn)色差，影響性能，容易產(chǎn)生流延現(xiàn)象，如圖4所示。為實現(xiàn)發(fā)動機裝飾罩國產(chǎn)化，必須解決上述缺陷，保證制品能正常生產(chǎn)且外觀無缺陷，設(shè)計的澆口如圖5所示。盡量避免熔體直接沖擊待成型制品表面，主澆口采用斜推形式，非主澆口增加一段閥針料柄（制品上的料柄高度＜2 mm），熱噴嘴正對A面位置（制品正面位置），型芯側(cè)增加冷料穴，冷料穴距離待成型制品表面15 mm，熱噴嘴TIP位置（咀芯位置）設(shè)計鑲件并增加冷卻系統(tǒng)。

圖4 澆口碳化現(xiàn)象

圖5 澆口設(shè)計

2 模具結(jié)構(gòu)

成型該制品的模具采用兩板模，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。模具工作時，單相熔體通過澆注系統(tǒng)注入較低壓力和溫度的型腔中，由于壓力差形成大量的氣泡核，通過冷卻和短暫保壓形成上下表皮密實、中間層為密閉微孔的制品。開模后，由推桿10將成型制品從模具中推出，再由氮氣彈簧12推動推桿固定板8將推出機構(gòu)復(fù)位，模具合模。

試模過程中，成型制品易出現(xiàn)欠料、凹坑、流痕等缺陷，其原因是：①單相熔體會散發(fā)較多氣體；②型腔中有空氣；③單相熔體熔融黏度下降；④為有利于發(fā)泡需要降低注射壓力，無法實現(xiàn)單相熔體快速充滿型腔的目的。

為了實現(xiàn)熔體充填過程中氣體快速從型腔中排出，獲得無欠料、無飛邊的成型制品，需要設(shè)計特殊的排氣結(jié)構(gòu)，如圖7所示。設(shè)計環(huán)繞待成型制品一周的排氣結(jié)構(gòu)，寬度15 mm，深度1 mm，在成型制品與排氣結(jié)構(gòu)之間設(shè)計排氣槽，寬度20 mm，深度0.5 mm[4,5]，最后在細微結(jié)構(gòu)（字體）B面（制品字體反面）制作鑲件，這樣設(shè)計能使型腔中的氣體快速排出，單相熔體能快速充滿型腔，而熔體又不會進入排氣槽形成飛邊。

圖7 排氣結(jié)構(gòu)

3 生產(chǎn)工藝控制

由于微發(fā)泡對工藝參數(shù)更加敏感，對工藝壓力（MPP）、SCF用量（SCF%）、SCF傳輸壓力、SCF充氣及關(guān)閉位置、SCF打開時間要求都較高，為了保證成型制品的質(zhì)量及實現(xiàn)批量生產(chǎn)一致性，對關(guān)鍵參數(shù)通過交叉法確定方案，如表1所示。

4 結(jié)束語

汽車發(fā)動機裝飾罩采取微發(fā)泡成型技術(shù)，減輕了成型制品的質(zhì)量，達到了輕量化的目的，通過澆口設(shè)計，保證了PA6+GF類材料成型制品耐高溫的外觀要求，排氣設(shè)計解決了單相熔體快速充滿型腔的難題，改善了成型制品欠料、外觀凹坑及流痕的缺陷。

表1 確定微發(fā)泡工藝參數(shù)