气体辅助注射成型的分类和发展历程

气体辅助注射成型（Gas Assist Injection Molding，简称GAM）是一种新型塑料加工技术，简称气辅成型，该技术是为了解决大型超厚塑料制品注射成型时冷却时间过长、冷却收缩和变形严重等各种问题，以期最终能提高塑料制品的质量、降低制品的生产成本。人们最初尝试采用改善模具结构设计，提高注射机质量和调整注射工艺参数等方法，结果发现塑料制品的生产成本提高了，而质量仍得不到彻底的改善。气体辅助注射成型技术最早可追溯到1971年，美国人尝试用加气注射成型方法制造厚的中空鞋跟，但以失败而告终。1983年，英国人采用结构发泡成型方法制造机房装修材料时衍生出称为“Cinpres”的控制内部压力的成型过程，即气辅成型过程。该过程在1986年德国国际塑料机械展览会上展示后很快被人们作为新工艺加以接受，并称之为塑料加工业的未来技术。GAM技术在20世纪80年代末的几年内得到了不断完善和发展，并被商品化；90年代时，作为一项成功的技术开始进入实用阶段，它能有效地解决厚壁件及厚薄不均匀塑料制品的注射成型难题，取得了很好的效果，在美、日、欧等发达国家和地区得到日益广泛的应用。迄今为止，欧洲和美国等地有10余家公司拥有关于气体辅助注射成型设备和工艺的多项专利，主要供应商有英国的Gas Injection、Cinpres公司，德国的Battenfeld、Bayer公司，奥地利的Engel公司，美国的Nitrojection、Hettinga公司等。我国塑料加工工业量大、面广，气体辅助注射成型技术具有巨大的应用前景，随着技术的引进、消化和应用经验的积累，人们发现其优点远不止缩短成型周期、减少塑料制品成型缺陷，应用该技术还可以节省原材料、实现低压充模、提高模塑制品表面质量和轮廓清晰度等。因此，迅速掌握气体辅助注射成型技术，对提高我国塑料制品的质量，降低其成本有着重要的意义。目前，GAM技术已成为塑料加工领域内广泛应用的新兴工业技术，它不仅在欧、美、日等发达国家得到广泛应用，而且在我国家电、汽车、建材、办公设备、家具和卫浴等行业也得到了积极的应用。

气体辅助注射成型按气体作用的位置不同，可分为表面气体注射成型和封闭式气体注射成型两大类。表面气体注射成型（External Gas Molding，EGM）是在模具内塑料制品底面的特别封闭处（加压区）注入高压气体，依靠高压气体的挤压作用来补偿制品的冷却收缩，从而使制品表面没有缩痕的一种工艺方法（图2-1）。EGM的加压区一般由连接制品的密封件围成封闭区，以防止气体泄露，密封件的截面可为方形或三角形，也可以由制品肋条或连接壁构成。由于高压气体对加压区初步冷凝的塑料壁有挤压力，因而在加压区会留下明显的痕迹，但不会影响产品的外表面质量。表面气体注射成型可根据需要气压作用区域的数量采用多点气体注射。

图2-1 表面气体注射成型

a）注气前 b）注气后

表面气体注射成型的优点有：①防止制品表面出现缩痕；②减小制品内应力和脱模后的变形量；③降低注射机的锁模力；④可作为注射机的保压工序；⑤相对而言，可降低模具的损耗；⑥可增大制品设计的灵活度及范围。

表面气体注射成型的应用范围：①制品原材料的成型收缩率偏大时；②制品内柱状物或厚壁处的背面出现凹痕时；③制品流程长度很大时；④制品有限制流动的位置造成补缩困难时；⑤当制品为薄壁件而又不能添加气道时，以及制品壁厚较大等情况。(www.xing528.com)

封闭式气体注射成型（Sealed Injection Gas，SIG）是把气体直接注入型腔内的塑料熔体中，使塑料制品厚壁处形成中空的工艺方法，如图2-2所示。该方法的优点有：①减轻制品的质量（最多可减轻50％），节约原材料；②缩短制品成型周期20％以上；③可消除制品的冷却收缩痕迹；④能降低生产能源消耗和成本；⑤制品设计不必强调壁厚一致或相近，结构设计自由度更大、灵活性更好。

图2-2 空心杆形制品封闭式气体注射成型

a）注气开始 b）充填结束

1—注料口 2—阻隔型芯 3—注气喷嘴 4—料流前锋 5—余料切除位置 6—余料

封闭式气体注射成型主要用于中空杆形件、大型平板件或厚薄壁共存的罩壳形件等。本章主要针对封闭式气体辅助注射成型工艺加以叙述。