微孔注射成型工艺参数控制策略

微孔塑料注射成型与传统注射成型相比，具有降低锁模力、缩短成型周期、减小制品质量、提高制品尺寸稳定性和韧性等优点。但和其他任何一种工艺一样，优点往往不能同时实现，生产时必须明确采用微孔注射成型工艺要实现的具体目标和改进之处。

微孔塑料注射成型时，由于将SCF注入塑料熔体，使材料的粘度和流动性能发生了较大的变化，因此，其注射成型工艺参数也会发生变化。

1.温度

在微孔塑料注射成型中，注射机机筒温度在SCF发泡剂注入点之前的部分，与不发泡制品的注射工艺设定一样，但在SCF发泡剂注入点之后温度的设定值一般与SCF注入点之前最后一段的温度设定值相同。当加工熔融温度高的塑料或者发泡剂用量大时，发泡剂注入点之后的温度设定值可以比注入点之前最后一段的温度低10～25℃。对于不含填料的半结晶塑料，熔体温度过高可能会使熔体粘度过低，熔体中的气体容易扩散到料流前峰表面，造成气体损失，这对塑件的减重和外观会产生不利的影响。

模具温度设定值一般比不发泡注射成型低。模具温度对微孔塑料制品的外观会有影响，高的模具温度和熔体温度能使塑件表面达到模具表面的质量。

2.注射压力

通常SCF注入塑料熔体后，熔体的玻璃化转变温度T_g降低，因此降低了塑料熔体的粘度，粘度的降低会使注射压力降低。例如，用相同的材料在相同的模具温度和注射速度下，生产壁厚0.22mm、流程比（熔体流程与壁厚之比）为280的注塑件时，不发泡工艺充模所需的注射压力为13MPa，而用体积分数为2%的氮气作发泡剂的微孔注射成型注射压力降低到11.3MPa，用体积分数为5%的二氧化碳作发泡剂时注射压力降低到10.3MPa。

SCF对塑料熔体粘度的影响取决于材料种类、填料种类及填料用量。因为SCF不溶于填料，也不能改变填料的粘度，故含有填料的塑料熔体的粘度变化没有不含填料的塑料熔体大。另外，生产1.5mm以上壁厚的聚烯烃塑件时，熔体粘度变化不太明显，因为正常情况下聚烯烃的熔体粘度已经很低。

由于注射压力的减小，型腔压力也会降低，模具所需的锁模力也随之减小（降幅可达50%以上），对设备的锁模力要求也相应地降低，因此，同一设备可生产更大的微孔塑料制品，或相同大小的微孔塑料制品可选用更小的注射机。型腔压力的降低，避免了制品产生过大的内应力，从而减小了塑件的变形。型腔压力的降低还对内嵌件注塑、模内贴标（IML）和模内装饰（IMD）等成型工艺非常有利。

3.注射速度

影响微孔塑料制品外观的最关键因素是注射速度。当注射行程在7.5～25mm时，注射速度可以设定为2.5～12.5mm／s。采用普通冷流道的模具，开始时的注射速度应较慢，使熔体能整股地流进型腔，之后注射速度可以急剧上升，这样有利于控制泡孔结构，成型周期也会缩短。通常注射速度最大不超过75mm／s，因为注射速度太大，熔体接触模壁时表面会起皱，导致塑件外观质量降低；反之，注射速度若太慢，熔体填充能力低，加上熔体温度的降低，型腔不易充满，塑件表面不发泡层增厚，泡孔分布不均匀。对于薄壁或小注射量的微孔塑料制品，其注射速度应较高，以保证良好的充模，并防止充模结束前SCF发泡剂扩散出熔体料流。

4.成型周期

微孔注射成型时，型腔压力降幅可高达80%，微孔均匀的内部气体的压力能提供充模所需的型腔压力，它极大地缩短了压实和保压的过程，甚至不用保压，因此可缩短注射成型周期，这与传统注射成型周期的构成有较大的差别。

成型周期的长短很大程度上取决于型腔冷却的程度和均匀性，注塑件中温度最高的部位将决定制品的成型周期，也决定了微孔注射成型工艺能够实现的最大成型周期降幅。决定成型周期的另一关键因素是塑件的壁厚，当壁厚大于4.0mm（聚丙烯大于2.5mm）时，其成型周期难以大幅度缩短，这是因为泡孔起到了隔热作用，降低了冷却速率。另外，模具冷却效果差也会限制成型周期的缩短，还有可能引起泡孔爆裂。

尽管微孔注射成型工艺一般不用保压，可缩短成型周期，但玻璃纤维增强塑料制品的冷却时间则有可能会延长。综合各种影响因素，最终微孔塑料注射成型工艺的成型周期至少可缩短约20%。

5.SCF用量(www.xing528.com)

SCF用量对微孔注射成型制品的外观有一定的影响，为使塑件外观质量达到最佳，SCF用量应小于0.10%，注塑件减重应限制在15%。通常能溶于塑料的SCF最大用量氮气为1.5%～2.0%，二氧化碳为5%～7%；随着SCF浓度的提高，需要提高塑化压力以使SCF保持在熔体中。大多数微孔塑料都采用氮气作发泡剂，因为氮气所产生的泡孔尺寸比二氧化碳的小且更均匀。表6-6列出了不同树脂材料常用的氮气用量，而二氧化碳的用量通常为氮气用量的三倍左右。

表6-6 不同树脂材料常用的氮气用量

6.微孔塑料注射工艺常见问题及对策

微孔塑料注射成型时存在的问题大致可分为外观和工艺两类，外观方面有制品内外表面起泡（内泡、表面起泡）、爆裂、缩窝等问题，而工艺方面则主要是SCF从溶液中逸出、短射、塑件质量变化及螺杆复位不一致等问题。

（1）内泡 它常出现在不含填料的结晶型塑料（如聚烯烃、POM、ABS、HDPE、PP等）所成型塑件的内部，严重时气泡有可能爆裂，常见的内泡直径为6～10mm，有时更大。产生内泡的原因是单相溶液中逸出的SCF气体被注入型腔，或SCF没有溶于单相溶液。解决内泡最有效的途径是降低SCF的用量，提高微孔塑料的熔体温度也有一定的效果。产生内泡的另一原因是SCF用量低，泡孔生长的太大。此时需要增加SCF用量，HDPE和PP制品中产生内泡的主要原因就是SCF用量偏低。

（2）表面起泡 它是在塑件表面产生直径小于1mm的小气泡，与内泡的区别在于其表皮很薄，而且一般出现在浇口附近。表面起泡常见于不含填料的聚烯烃塑件，在PS、POM和不含填料的PC塑件上有时也会出现。表面起泡最直接的原因是物料通过浇口时的剪切力过高，尤其是非结晶型塑料更易造成表面起泡。通过降低注射速度，至少在物料进入型腔前降低注射速度可以消除表面起泡。表面起泡的另一个原因是发泡剂与聚合物不相溶，此时如果用氮气作为发泡剂，可以考虑换用二氧化碳作为发泡剂。

（3）爆裂 爆裂或后发泡从外表看与内泡相似，但如果把泡孔切开，其内部的泡孔不是已被拉伸，就是已被毁坏。区别爆裂和内泡的常用方法是延长冷却时间。延长冷却时间，爆裂会减少，甚至不会产生，而内泡则不会发生变化。产生爆裂的常见原因是塑件内部存在过热点，开模时因塑件局部物料刚度不够，不能承受泡孔内残存的气体压力，就会产生爆裂。降低模具温度、延长冷却时间或减少SCF用量都可避免爆裂的产生，值得注意的是减少SCF的用量会产生泡孔结构变化问题。

（4）缩窝 它是塑件表面上出现直径为1～2mm的凹陷点。缩窝的产生是由于SCF用量偏低，导致注塑件减重幅度过大，在塑件近表面处形成过大泡孔而引起的。解决缩窝常用的方法是增加SCF用量或者降低减重幅度。

（5）SCF从溶液中逸出 SCF从注射机机筒中的单相溶液中逸出会有许多现象，如偶尔出现型腔注不满（短射）、注不满部位不固定；塑件上料流前峰位置很硬很脆；产生内泡；注射量变化幅度高达40%；螺杆复位时间变化大；SCF入口压力和注射压力变化大等现象。最好的解决办法是清洗机筒，重新开始；重新计算注入机筒的SCF用量，降低SCF的用量，开始时只注入以前SCF用量的50%，之后逐渐增加。

SCF逸出的另一种可能是少量的SCF不能混入塑料熔体，随机地出现在塑件中，导致这一结果的原因往往是输送压力大幅度降低，使注射器打开时SCF急速涌入塑化机筒中，造成部分SCF难以迅速溶于塑料熔体。此时保证输送压力降幅不超过1.5MPa，便可解决SCF逸出问题。

（6）短射 当微孔注射模存在排气不良处时，就容易出现短射（注不满）现象。解决短射的方法有降低锁模力、降低注射速度、改变速度分布；也可以通过改善模具排气、增加肋的厚度等方法加以解决。

（7）注塑件质量变化 通常微孔注射工艺生产的塑件质量变化量比不发泡塑件高2～3倍。采用不发泡注射成型时，塑件质量和尺寸变化是通过压实与保压阶段来控制的，但微孔注射成型时塑件最终的尺寸取决于泡孔的大小，型腔内的压实压力不会改变塑件的收缩量。为解决微孔注射成型塑件的质量变化，要求注射量和转变点必须一致，即刚好在达到注射量之前降低螺杆转速，并且刚好在此时降低注射速度。如果塑件质量仍然不一致，可以考虑降低SCF用量、调整熔体压力和螺杆转速。

（8）螺杆复位不一致 螺杆停止和复位不一致是由于SCF从溶液中逸出或SCF用量太高、熔体压力偏高等因素引起的，这些因素的存在使螺杆难以复位，尤其是低粘度的物料。如果必须保持现有的SCF用量和熔体压力，则可尝试提高螺杆转速来解决螺杆复位问题。当问题仍然存在时，就应将螺杆拆下并清洗干净，因为这可能是由于SCF从机筒内的溶液中逸出造成的。