МИКРОПОРИСТОЕ ВСПЕНИВАНИЕ · СКФ

Микропористое вспенивание полимеров

На базе технологии сверхкритического флюида (СКФ) мгновенно формирует множество микропор в расплаве (диаметр ячейки 1–100 мкм, плотность ячеек 10⁶–10¹² /см³). Детали легче, обладают звукоизоляцией и удельной прочностью, с улучшенной точностью размеров и меньшим короблением.

ПОНЯТИЕ

Микропористое вспенивание и сверхкритический флюид

Понятие микропористых вспененных пластиков

Диаметр ячейки 1–100 мкм, плотность ячеек 10⁶–10¹² /см³; по сравнению с традиционными пенами (диаметр ячейки 250 мкм–1 мм) микропористая структура более однородна и тонка.

Технология сверхкритического флюида (СКФ)

«Третья среда» выше критической точки, обладающая свойствами и газа, и жидкости. Учитывая технологичность, стоимость и воздействие на окружающую среду, в качестве вспенивателей предпочтительны сверхкритические инертные газы — особенно азот (N₂) или диоксид углерода (CO₂).

Структура детали

Типичная сэндвич-структура: невспененный кожный слой и вспененное ядро, с идеально однородным распределением ячеек в ядре.

Сырьё

Матричные материалы — термопластичные смолы (PP, ABS, PC, PA и др.), термопластичные эластомеры и материалы с минеральным наполнителем / армированные волокном; вспениватель — сверхкритический инертный газ.

ПРОЦЕСС

Принцип формования и процесс

Смола пластицируется при заданном противодавлении, а СКФ (N₂ или CO₂) дозированно подаётся в расплав; после дальнейшего смешивания/диффузии образуется однородный раствор, который сохраняется до поступления в полость формы. После впрыска в полость термодинамическая нестабильность мгновенно создаёт множество зародышей пузырьков; в процессе заполнения и охлаждения пузырьки растут и фиксируются, образуя микропористые вспененные детали.

Ключевые моменты процесса СКФ-вспенивания

  • Стабильное накопительное противодавление: давление пластикации устанавливается в диапазоне 80–200 бар
  • Впрыск СКФ N₂ (непосредственно в цилиндр): давление впрыска на 5–10 бар выше давления расплава, доза ≤1% масс. (от массы смолы)
  • Не сбрасывать давление после пластикации — поддерживать противодавление
  • Параметры впрыска зависят от конструкции детали и формы; выдержка: операция выдержки не требуется
  • Охлаждение: температура формы ~30–60℃, время охлаждения зависит от толщины стенки и горячих точек формы
ПРЕИМУЩЕСТВА И ОГРАНИЧЕНИЯ

Преимущества и ограничения

Преимущества a–d

Улучшает точность и стабильность размеров (плоскостность, круглость — улучшение ≥50%); снижает остаточные напряжения, меньше коробление; отсутствуют утяжины на поверхности детали; более короткий цикл формования (≥5% для тонкостенных деталей).

Преимущества e–i

Снижает вес детали на 5%–30%; снижает тоннаж смыкания машины; повышает свободу проектирования (более тонкие, разнотолщинные структуры); сокращает время разработки/валидации формы; лучшее декорирование в форме при низком давлении.

Ограничение · Внешний вид

Не позволяет достичь внешнего вида класса А: присутствуют следы вспенивания и повышенная шероховатость, требующие противодавления в полости и других техник для улучшения поверхностного эффекта.

Ограничение · Структура

Внутренняя микропористая структура может варьироваться в зависимости от расстояния заполнения; существующие функциональные структуры ограничивают величину снижения веса; ориентация стекловолокна ограничивает улучшение коробления.

РЕШЕНИЕ

Технология противодавления в полости

Создавая давление внутри полости формы, фронт потока расплава не может вспениваться при впрыске, что существенно улучшает поверхностный эффект детали.

Технологический поток

  • Закрытие формы, создание давления в полости: по сигналу закрытия формы контроллер заполняет полость газом для создания противодавления (20–80 бар); более высокое противодавление позволяет больше СКФ за впрыск и лучшее вспенивание
  • Впрыск и сброс при управлении давлением: заполнение полости предварительно впрыснутым расплавом СКФ при одновременном сбросе газа противодавления полости, поддержание динамического баланса между противодавлением и давлением заполнения
  • Накопление: после впрыска может начаться накопление, пока СКФ впрыскивается в цилиндр; после охлаждения форма раскрывается и деталь извлекается
  • Ключевой момент: форма должна быть герметичной; лучшая герметичность позволяет выше противодавление полости; газовый канал в конце потока расплава с контролируемым сбросом
ПРИМЕНЕНИЕ И СТАТУС

Применение и типовые примеры

01

Автомобильные детали

Конструкционные детали, такие как ручки, ручки дверей, ограждения — снижение веса при обеспечении жёсткости и внешнего вида.

02

Детали офисного оборудования

Конструкционные детали принтеров/копировальных аппаратов — улучшенная размерная стабильность и меньшее коробление.

03

Детали электроники / бытовой техники

Тонкостенные высокоточные детали — устранение утяжин, улучшение плоскостности.

04

Прочее

Крышки фильтров (на 15% легче, утяжины устранены, коробление решено), шестерни (улучшена круглость), ручки (однородные ячейки, на 10% легче, качественная поверхность) и т.д.

Статус развития технологии

  • Завершены разработка оборудования и валидация промышленного применения: шнек/цилиндр/газовый пуансон/сопло с уплотнительным пуансоном, система подачи СКФ N₂
  • Завершены совместные испытания с противодавлением в полости; завершена валидация вспенивания тонко- и толстостенных деталей
  • Завершена валидация применимости с декорированием в форме и технологией переменного термоциклирования формы
КОНТАКТ

Получить больше технических материалов

Для получения полных технических материалов по микропористому вспениванию, пожалуйста, свяжитесь с нами по телефону.