熱塑性樹脂中空管制品注塑成型系統(tǒng)及成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子材料成型技術(shù)領(lǐng)域的裝置及方法，具體是一種水輔助注射成型系統(tǒng)及成型方法。
技術(shù)背景
[0002]水輔助注射成型技術(shù)，是一種控制流體(水)，將其注入制件特定的熔融區(qū)域以形成空心的技術(shù)。注射熔融熱塑性熔體后利用水針向其芯部注射水，水的前沿作用在制件的熔融芯上，從水的前沿到熔體的過渡段，固化了一層很薄的塑料膜，推動聚合物熔體，充填模具型腔以獲得中空制品。與氣體輔助注塑成型技術(shù)相比，水輔助注射成型具有冷卻時間和成型周期更短、生產(chǎn)效率增加等優(yōu)勢。但是在水輔成型的中空制品的樹脂截面中也非常容易在發(fā)現(xiàn)縮孔或縮松缺陷，以及制品在型腔中充填不完全缺陷。這主要是由于氣體輔助成型所用的介質(zhì)(一般為高壓氮氣)與水輔助注射成型所用的介質(zhì)(水)的物理特性的區(qū)別造成；例如在氣體輔助注塑成型時，在高壓氮氣推動熔膠形成中空時由于氮氣的熱容量低，中空的內(nèi)壁不會立即凝固，而是從與模具型腔壁接觸的制品外壁向中空內(nèi)壁冷卻，同時由于氮氣具有壓縮性，即氮氣有膨脹壓力推動熔膠向模具向型腔壁運動補充收縮和充分填充型腔，即使在完成中空成型后采用高壓氮氣保壓操作也可消除縮松和型腔填充不完全等缺陷；而在采用水輔成型時，由于水的導(dǎo)熱率是氮氣的40倍，水的熱容量是氮氣的4倍，中空體的內(nèi)壁會迅速形成堅硬的固化層，與此同時與模具型腔壁接觸的外壁在模具的冷卻下也迅速形成堅硬的固化層，但水具有不可壓縮性，意味著在注入過程中如果沒有足夠的阻力就不能形成足夠的水壓來作用在樹脂體上，這樣就導(dǎo)致在兩層堅硬的固化層之間后凝固部分產(chǎn)生縮孔或縮松等缺陷，且不能推動未凝固熔膠完全充填型腔中的薄壁結(jié)構(gòu)。對于制品在型腔中充填不完全的缺陷，在熔膠填充型腔時，采用已知的螺桿保壓和溢料腔工藝方法先將模具型腔充分填充熔融熱塑性樹脂然后用水將芯部未凝固的熔融熱塑性樹脂推入溢料腔是一種可行的方法；然而采用這種方式制造時依然存在兩個方面的風(fēng)險，其中之一是注水水針在開始注水時容易被熔膠堵塞，從而影響制造效率；另外一個風(fēng)險是在向溢料腔中溢料過程中，型腔內(nèi)熔膠壓力不足，不能完全解決成型過程中在制品壁中產(chǎn)生的縮松/縮孔問題；同時這種方法還會產(chǎn)生大量的溢料，造成加工能耗較高或者材料消耗太多。
[0003]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是根據(jù)目前水輔成型中空制品所存在的不足，提出下述技術(shù)方案，一方面提供了一種成型系統(tǒng)，另一方面提供了一種流體輔助注塑成型方法:
本發(fā)明主要由注塑機100、水流注入控制裝置200、成型模具1、安裝在成型模具I中的水針裝置3、以及連接水流注入裝置200和水針裝置3的管道組成，其中所述成型模具I包括閉合后形成的成型中空管制品10的型腔2、熱流道裝置4、可控溢料缸裝置5、可控溢料缸裝置5與熱流道裝置之間的單向閥6、可控溢料缸裝置5與型腔2之間的第一開關(guān)閥8、熱流道裝置4與型腔2之間的第二開關(guān)閥9 ;其中，所述可控溢料缸裝置5包括加熱和溫控組件5a、活塞5b、溢料缸5d、驅(qū)動和控制機構(gòu)5c，所述溢料缸5d能通過驅(qū)動和控制機構(gòu)5c設(shè)定和控制最小儲料容積VO和最大儲料容積VI,所述溢料缸5d通過第一開關(guān)閥8與型腔2連接以接納自型腔2溢出的熔融熱塑性樹脂直至最大儲料容積Vl，所述溢料缸5d通過單向閥6與熱流道裝置4連接以通過熱流道裝置4和第二開關(guān)閥9向型腔2中注入所儲存的熔融熱塑性樹脂直至最小儲料容積VO ;其中，水針裝置3包括水通路3a、水流輸出端3b和水針帽3c，所述水通路3a的一端通過管道與水流注入控制裝置200連接，所述水通路3a的另一端位于水流輸出端3b，所述水針帽3c與水流輸出端3b為可拆卸連接，在注入水流通過水流輸出端3b輸出之前所述水流輸出端3b和水針帽3c位于型腔2中，水針帽3c固定在水流輸出端3b上并覆蓋水流輸出端3b的出水口，當注入的水流通過水流輸出端(3b)輸出時所述水針帽(3c)在注入水流的作用下脫離水流輸出端(3b);其中，可控溢料缸裝置的溢料缸5d中熔融熱塑性樹脂的壓力由驅(qū)動和控制機構(gòu)5c設(shè)定和控制。
[0005]根據(jù)上述的熱塑性樹脂中空管制品注塑成型系統(tǒng)，通過包括下列步驟的方法成型中空管制品10:
1)將水針裝置的水針帽3C置于水流輸出端3b上并覆蓋水流輸出端的3b的出水口，然后閉合模具；此時，水針裝置3的水通路3a處于關(guān)閉狀態(tài)，第一開關(guān)閥8和第二開關(guān)閥9均處于關(guān)閉位置，溢料缸5d具有最大儲料容積Vl ；
2)打開第二開關(guān)閥9，注塑機100的塑化注射單元101和可控溢料缸裝置5共同向型腔2中注入熔融熱塑性樹脂使型腔2充分填充，水針裝置的水流輸出端3b和水針帽3c被熔融樹脂完全包覆；型腔2填充完畢后，溢料缸5d達到預(yù)先設(shè)定的最小儲料容積VO ；
3)關(guān)閉第二開關(guān)閥9，打開第一開關(guān)閥8和水針裝置3的水通路3a，水流注入控制裝置200按照預(yù)先設(shè)定的注水速度和體積通過水針裝置的水流輸出端3b向型腔2中的熔融樹脂體中注入水，水針裝置的水針帽3c在水的推力下脫離水流輸出端3b并推動樹脂體中未凝固的熔融樹脂通過第一開關(guān)閥8溢出到溢料缸5d中，形成中空管制品的內(nèi)壁；在此過程中，溢料缸5d中的熔融熱塑性樹脂由驅(qū)動和控制機構(gòu)5c控制在一個預(yù)先設(shè)定的壓力；
4)當完成注入預(yù)定體積的水后,停止注水并關(guān)閉第一開關(guān)閥8;此時，溢料缸5d恢復(fù)到預(yù)先設(shè)定的最大容積Vl ；
5)注入到中空管制品中空部分的水通過自重或汽化從水針裝置的水通路3a排出?’然后關(guān)閉水針裝置的水通路3a;
6)開模取件，去除工藝余料及包括在其中的水針帽3c獲得中空管制品10。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點是，應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，不僅可以消除解決水針堵塞的風(fēng)險，而且可以對制品成型過程型腔內(nèi)熔膠壓力的控制消除制品中疏松/縮孔缺陷風(fēng)險，還可以減少制造過程中的能耗和廢料損失，以及獲得更均勻的中空管通徑。
【附圖說明】
[0007]圖1本發(fā)明成型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2本發(fā)明系統(tǒng)成型時步驟示意圖；
圖3本發(fā)明中水針裝置示意圖；
圖4本發(fā)明中溢料缸裝置示意圖； 圖5本發(fā)明系統(tǒng)成型時步驟示意圖；
圖6本發(fā)明系統(tǒng)成型時步驟示意圖；
圖7本發(fā)明系統(tǒng)成型時步驟示意圖。
具體實施方案
[0008]下面結(jié)合附圖通過具體實施方案，對本發(fā)明的技術(shù)特征及其相關(guān)技術(shù)特特做進一步闡述:
如附圖1-7示意，圖中的標號分別表示:1 -模具、2 -模具型腔、3 -水針裝置、3a-水通路、3b -水流輸出端、3c -水針帽、4 -熱流道裝置、5 -可控溢料缸裝置、5a -溫控組件、5b -活塞、5c -驅(qū)動和控制機構(gòu)、5d -溢料缸、6 -單向閥、7 -樹脂體、8 -第一開關(guān)閥、9 -第二開關(guān)閥、10 -中空管制品、1a -制品對外連接結(jié)構(gòu)、1b -工藝余料、100 -注塑機、101 -塑化注射單元、200 -水流注入控制裝置。
[0009]如圖7中所示的中空管制品10是一種冷卻劑管，包括對外連接結(jié)構(gòu)10a，材質(zhì)為30%玻纖增強尼龍66 (PA66 GF30)，樹脂密度為1.35g/cm3，其中，該水管外徑為Φ20πιπι，期望內(nèi)徑為Φ15謹±0.5謹。
[0010]如圖1和圖2所示為按照本發(fā)明技術(shù)方案構(gòu)造的注塑成型系統(tǒng)和模具結(jié)構(gòu)布置。其中的注塑機100為商品市場上常見的注塑機；水流注入控制裝置200為本發(fā)明人自制，可編程控制注入水的體積流速和每次注入的總體積，并提供輸出增壓動力；其中的成型模具I安裝在注塑機100上，注塑機的塑化注射單元101與模具I中的熱流道裝置入口相連，模具閉合后有成型制品的型腔2，模具I中的熱流道裝置4通過第二開關(guān)閥9與模具型腔2連接以控制向型腔2中注入熔融熱塑性樹脂和防止注水時熔膠或水從型腔進膠端返回到熱流道中，而可控溢料缸裝置中的溢料缸5d通過第一開關(guān)閥8與型腔2連接以控制從型腔2向溢料缸5d溢出的熔融熱塑性樹脂流的通斷，其中第一開關(guān)閥8和第二開關(guān)閥9可以是商品市場上常見的針閥式熱嘴；
為實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)目的，可控溢料缸裝置5采用一種活塞缸結(jié)構(gòu)，包括驅(qū)動和控制機構(gòu)5c、活塞5b、以及溫控組件5a、以及由活塞5b與缸體形成的溢料缸5d,如圖4所示；通過驅(qū)動和控制機構(gòu)5c可以設(shè)定和控制活塞5b的位置,形成溢料缸5d的最小儲料容積VO和最大儲料容積VI，其中最小儲料容積VO可以為O ;可控溢料缸裝置5的溢料缸5d通過一個單向閥6與熱流道裝置連接，在驅(qū)動和控制機構(gòu)5c的驅(qū)動下，允許溢料缸5d中儲存的熔融熱塑性樹脂向熱流道裝置4中輸出直至設(shè)定的最小儲料容積VO ;而當打開第一開關(guān)閥8時，允許從型腔2溢出的熔融熱塑性樹脂在一定壓力下溢入到溢料缸5d中直至恢復(fù)到設(shè)定的最大儲料容積Vl ;其中的溫控組件5a使溢料缸裝置5的溢料缸、第一開關(guān)閥8至溢料缸5d之間的連接通路、以及溢料缸5d至熱流道裝置4之間的連接通路保持在設(shè)定的溫度，并保證在其中的樹脂為溶融狀態(tài)；
在本具體實施例中，為消除水針裝置被溶膠堵塞的風(fēng)險，采用一種特殊設(shè)計的水針裝置，具有水通路3a、水流輸出端3b、以及水針帽3c，結(jié)構(gòu)如圖3所示；水針裝置的水通路3a的一端通過管道與水流注入控制裝置的輸出口連接，水通道3a的另一端位于水流輸出端的頂部，出水口在水流輸出端3b的中心位置；水針裝置固定在成型模具I上，其中的水流輸出端3b位于模具的型腔2中，水針帽3c與水流輸出端3b為可拆卸連接；在合模之前，將水針帽3c放置在水流輸出端3b上并覆蓋水流輸出端3b的出水口，在合模后水針帽3c與水