鄧晶晶
（成都航天模塑股份有限公司）
摘要：介紹了微發泡成型技術的優勢及產業化的應用，分析了PA6/GF類耐高溫制品有外觀需求時澆口位置及結構優化方案，闡述了模具排氣的特殊結構設計及批量生產中關鍵工藝參數的控制。實際生產中采用MUCELL微發泡成型技術不僅可以減輕制品質量、保證尺寸穩定性、提高制品表面外觀質量，還可以改善成型制品欠料、外觀凹坑及流痕等缺陷。
關鍵詞：微發泡成型；發動機裝飾罩；澆口；排氣結構；碳化
0 引言
圖1 微發泡成型過程
微發泡(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，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。微發泡成型與化學發泡成型相比，主要有以下優點。
（1）所需模具溫度低，在低溫模具中可以維持相同水平的結晶度，減少殘余應力，保證成型制品尺寸精度的穩定性[1-3]。
（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）工藝穩定，不受環境溫度影響。
（4）利用SCF物理成核發泡，解決了化學發泡劑殘留的缺陷。微發泡成型過程中，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，如排氣不良將會導致成型的制品產生缺陷，需要對模具增加特殊排氣結構。
現介紹汽車發動機裝飾罩微發泡成型技術的應用，由于成型的制品安裝在發動機艙內，對制品的耐高溫、外觀及輕量化都有較高要求，常規注射、化學發泡成型都不能滿足要求，必須采用微發泡成型工藝。
1 澆口設計
圖2 流動系數
圖3 澆口位置
為保證型腔與螺桿形成壓力降，觸發微孔成長，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考慮流動系數（流動長度與壁厚的比值，L/t），流動系數越低，減輕成型制品的質量效果越好，如圖2所示。為減輕成型制品質量5%以上，同時保證制品成型外觀及改善翹曲的目的，設計了6點針閥式熱流道澆口，如圖3所示。
圖4 澆口碳化現象
圖5 澆口設計
發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生碳化現象，導致成型制品表面出現色差，影響性能，容易產生流延現象，如圖4所示。為實現發動機裝飾罩國產化，必須解決上述缺陷，保證制品能正常生產且外觀無缺陷，設計的澆口如圖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＜2mm），熱噴嘴正對A面位置（制品正面位置），型芯側增加冷料穴，冷料穴距離待成型制品表面15mm，熱噴嘴TIP位置（咀芯位置）設計鑲件并增加冷卻系統。
2 模具結構
圖6 模具結構
成型該制品的模具采用兩板模，其結構如圖6所示。模具工作時，單相熔體通過澆注系統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將推出機構復位，模具合模。
試模過程中，成型制品易出現欠料、凹坑、流痕等缺陷，其原因是：①單相熔體會散發較多氣體；②型腔中有空氣；③單相熔體熔融黏度下降；④為有利于發泡需要降低注射壓力，無法實現單相熔體快速充滿型腔的目的。
圖7 排氣結構
為了實現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，需要設計特殊的排氣結構，如圖7所示。設計環繞待成型制品一周的排氣結構，寬度15mm，深度1mm，在成型制品與排氣結構之間設計排氣槽，寬度20mm，深度0.5mm[4,5]，最后在細微結構（字體）B面（制品字體反面）制作鑲件，這樣設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。
3 生產工藝控制
由于微發泡對工藝參數更加敏感，對工藝壓力（MPP）、SCF用量（SCF%）、SCF傳輸壓力、SCF充氣及關閉位置、SCF打開時間要求都較高，為了保證成型制品的質量及實現批量生產一致性，對關鍵參數通過交叉法確定方案，如表1所示。
4 結束語
汽車發動機裝飾罩采取微發泡成型技術，減輕了成型制品的質量，達到了輕量化的目的，通過澆口設計，保證了PA6+GF類材料成型制品耐高溫的外觀要求，排氣設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。
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