MICROCELLULAR FOAMING · SCF

注塑聚合物微孔发泡

基于超临界流体(SCF)技术,在熔体中瞬时形成大量微孔(泡孔直径 1–100μm,泡孔密度 10⁶–10¹² 个/cm³),制品质轻、隔音、比强度高,并可改善尺寸精度与翘曲变形。

CONCEPT

微孔发泡与超临界流体

微孔发泡塑料概念

泡孔直径 1–100μm,泡孔密度 10⁶–10¹² 个/cm³;相比传统泡沫塑料(泡孔直径 250μm–1mm),微孔结构更均匀细密。

超临界流体(SCF)技术

物质在临界点以上兼具气体与液体特性的"第三流体"。综合工艺性、成本与环境影响,优选超临界惰性气体——特别是氮气(N₂)或二氧化碳(CO₂)作为发泡剂。

制品结构

典型三明治夹层结构:由表皮不发泡层和芯部发泡层组成,芯部发泡层具有理想的均匀泡孔分布。

原材料

基体材料为热塑性树脂(PP、ABS、PC、PA 等)、热塑性弹性体及矿物填充/纤维增强材料;发泡剂为超临界状态惰性气体。

PROCESS

注塑成型原理与工艺

在预定背压下熔融塑化树脂,同时向熔体中定量注入 SCF(N₂ 或 CO₂);经进一步混合/扩散形成均相溶液,并在进入模具型腔前保持该状态。注射进入型腔后,通过注射过程中的热力学不稳定性,瞬时形成大量气泡核;在填充和冷却过程中,气泡长大并被固定,获得微孔发泡制品。

SCF 发泡工艺要点

  • 储料背压稳定:塑化压力设定在 80–200 bar 之间
  • 注入 SCF N₂(向料筒内直接注入):注入压力高于胶压 5–10 bar,注入剂量 ≤1% wt.(树脂重量)
  • 塑化完毕后不能卸压,保持背压
  • 注射参数取决于制品及模具设计;保压:无须保压操作
  • 冷却:模具温度约 30–60℃,冷却时间取决于壁厚与模具热点
ADVANTAGES & LIMITS

技术优势与局限性

优势 a–d

改善尺寸精度和稳定性(平直度、圆度 ≥50% 提升);减少残留应力、改善翘曲变形;制品表面无缩水痕;缩短成型周期(薄壁制品 ≥5%)。

优势 e–i

减轻制品重量 5%–30%;降低塑机锁模吨位;提高设计自由度(更薄壁厚、差异壁厚结构);减少模具开发验证时间;更佳的低压模内装饰。

局限性 · 表观

不能获得 A 级外观:存在发泡痕、粗糙度较大,需通过型腔背压等技术改善表面效果。

局限性 · 结构

内部微孔结构随填充距离可能存在差别;现有制品功能结构限制减重幅度;玻纤取向限制翘曲改善程度。

SOLUTION

型腔背压技术

通过在模具型腔内部建立压力,使注射过程中熔胶流峰不能发泡,从而显著改善制品表面效果。

工艺流程

  • 合模,模具型腔建压:得合模信号后通过控制器向型腔充入气体建立背压(20–80 bar);背压越高,每模可加入的 SCF 越多,发泡效果越优
  • 注射及控压排气:将预注 SCF 的熔胶填充型腔,同时排除型腔内部背压气体,维持背压与充模压力的动态平衡
  • 储料:注射完成后即可储料,同时向料筒注入 SCF,冷却完成开模取件
  • 要点:模具需密封,密封越好型腔可建立背压越高;型腔料流末端开设气道并控制排气
APPLICATIONS & STATUS

应用与开发状态

应用领域与典型案例

01

汽车零部件

手柄、门拉手、护板等结构件,减重同时保证刚度与外观。

02

办公设备精密零件

打印机/复印机结构件,改善尺寸稳定性与翘曲。

03

电子 / 电器精密零件

薄壁、高精度零件,消除缩痕、提升平面度。

04

其他

过滤器盖(减重 15%、消除收缩痕、解决翘曲)、齿轮(提高圆度)、明锐手柄(均匀泡孔、减重 10%、优质表面)等。

技术开发状态

  • 已完成硬件开发与工业应用验证:螺杆/机筒/气针/封针炮嘴、SCF N₂ 输送系统
  • 已完成与型腔背压技术结合应用试验;已完成薄壁、厚壁制品发泡验证
  • 已进行与模内装饰、模具变温技术结合的可行性验证
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