微发泡成型技术在发动机装饰罩中的应用

邓晶晶

（成都航天模塑股份有限公司，四川 成都 610100）

0 引言

微发泡(microcellular foaming)成型是以热塑性材料为基体，成型分为三个阶段，如图1所示，首先通过特殊的计量与注射系统，将超临界流体(supercritical fluid，SCF)氮气或二氧化碳溶解在单相熔体中，再通过开关式热流道或普通流道浇口注入较低压力和温度的型腔中，形成大量的气泡核，最后由气泡核成长为微孔，得到制品密布尺寸为十到几十微米的封闭微孔。

微发泡成型与化学发泡成型相比，主要有以下优点。

（1）所需模具温度低，在低温模具中可以维持相同水平的结晶度，减少残余应力，保证成型制品尺寸精度的稳定性[1-3]。

图1 微发泡成型过程

（2）减少熔融黏度下降引起的损失，拓宽了材料的选择范围[1-3]。

（3）工艺稳定，不受环境温度影响。

（4）利用SCF物理成核发泡，解决了化学发泡剂残留的缺陷。

微发泡成型过程中，需要合理确定温度、压力、SCF填充量及速度，才能得到满意的微孔大小和分布，由于单相熔体会散发较多气体，同时型腔中有空气，需要在充填过程中排出，如排气不良将会导致成型的制品产生缺陷，需要对模具增加特殊排气结构。

现介绍汽车发动机装饰罩微发泡成型技术的应用，由于成型的制品安装在发动机舱内，对制品的耐高温、外观及轻量化都有较高要求，常规注射、化学发泡成型都不能满足要求，必须采用微发泡成型工艺。

1 浇口设计

为保证型腔与螺杆形成压力降，触发微孔成长，浇口必须为普通流道或针阀式热流道，同时浇口位置的选择应考虑流动系数（流动长度与壁厚的比值，L/t），流动系数越低，减轻成型制品的质量效果越好，如图2所示。为减轻成型制品质量5%以上，同时保证制品成型外观及改善翘曲的目的，设计了6点针阀式热流道浇口，如图3所示。

图2 流动系数

图3 浇口位置

发动机装饰罩材料采用PA6+GF，其熔融温度在250℃以上，浇口处温度较高易产生碳化现象，导致成型制品表面出现色差，影响性能，容易产生流延现象，如图4所示。为实现发动机装饰罩国产化，必须解决上述缺陷，保证制品能正常生产且外观无缺陷，设计的浇口如图5所示。尽量避免熔体直接冲击待成型制品表面，主浇口采用斜推形式，非主浇口增加一段阀针料柄（制品上的料柄高度＜2 mm），热喷嘴正对A面位置（制品正面位置），型芯侧增加冷料穴，冷料穴距离待成型制品表面15 mm，热喷嘴TIP位置（咀芯位置）设计镶件并增加冷却系统。

图4 浇口碳化现象

图5 浇口设计

2 模具结构

成型该制品的模具采用两板模，其结构如图6所示。模具工作时，单相熔体通过浇注系统注入较低压力和温度的型腔中，由于压力差形成大量的气泡核，通过冷却和短暂保压形成上下表皮密实、中间层为密闭微孔的制品。开模后，由推杆10将成型制品从模具中推出，再由氮气弹簧12推动推杆固定板8将推出机构复位，模具合模。

试模过程中，成型制品易出现欠料、凹坑、流痕等缺陷，其原因是：①单相熔体会散发较多气体；②型腔中有空气；③单相熔体熔融黏度下降；④为有利于发泡需要降低注射压力，无法实现单相熔体快速充满型腔的目的。

为了实现熔体充填过程中气体快速从型腔中排出，获得无欠料、无飞边的成型制品，需要设计特殊的排气结构，如图7所示。设计环绕待成型制品一周的排气结构，宽度15 mm，深度1 mm，在成型制品与排气结构之间设计排气槽，宽度20 mm，深度0.5 mm[4,5]，最后在细微结构（字体）B面（制品字体反面）制作镶件，这样设计能使型腔中的气体快速排出，单相熔体能快速充满型腔，而熔体又不会进入排气槽形成飞边。

图7 排气结构

3 生产工艺控制

由于微发泡对工艺参数更加敏感，对工艺压力（MPP）、SCF用量（SCF%）、SCF传输压力、SCF充气及关闭位置、SCF打开时间要求都较高，为了保证成型制品的质量及实现批量生产一致性，对关键参数通过交叉法确定方案，如表1所示。

4 结束语

汽车发动机装饰罩采取微发泡成型技术，减轻了成型制品的质量，达到了轻量化的目的，通过浇口设计，保证了PA6+GF类材料成型制品耐高温的外观要求，排气设计解决了单相熔体快速充满型腔的难题，改善了成型制品欠料、外观凹坑及流痕的缺陷。

表1 确定微发泡工艺参数