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　　傳統(tǒng)的注射成型過程可分為控制熔體入口速度的充填過程和控制熔體入口壓力對塑料冷卻收縮進行補料的保壓過程。充填過程中熔體的入口速度是一定的，隨著充填過程的進行，熔體在模腔內(nèi)的流動阻力逐漸增加，因而熔體人口壓力也容易隨著增高，在充縝結(jié)束時人口壓力出現(xiàn)較高峰值。由于高壓在型腔內(nèi)的作用，不僅會造成熔料溢邊、脹摸等不良現(xiàn)象，而且會使塑料件內(nèi)部產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，塑料件脫模后易出現(xiàn)翹曲和變形，使塑料件形狀精度和尺寸精度難以滿足較高要求，在使用過程中也易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。為了抑制塑料件在充填過程中形成的殘余應(yīng)力，將塑料件的變形限制在最小的范圍內(nèi)，以成型塑料件所需的最低壓力進行充填，且使充填壓力恒定，稱為低壓注射成型(LPIM)。

　　低壓注射成型技術(shù)可用來保護傳感器、馬達、開關(guān)、光纖設(shè)備、連接器、PCB 板、繼電器、電子部件以及燃料電池。此工藝對于溫度敏感性部件與復(fù)雜形狀部件來說是相當(dāng)理想的，已經(jīng)在很多行業(yè)中得以成功應(yīng)用，包括家電、汽車、電子、航海、醫(yī)療以及長途通信等行業(yè)。

　　低壓注射成型是相對于普通注射成型的一個新概念，而且是一個系列的綜合概念，不僅涉及如何制造和控制設(shè)備，更涉及如何在較低的限定臣力和鎖模力條件下制造塑料件。該技術(shù)最初于20世紀(jì)80年代起源于歐洲的汽車工業(yè)，到目前為止在歐美、日韓等的汽車工業(yè)領(lǐng)域和電子電氣領(lǐng)域已經(jīng)成功應(yīng)用了十幾年，在我國目前尚處在初步階段。其工藝包括成型與用熔化的熱塑性熱熔膠封裝現(xiàn)有部件。此工藝包含四個關(guān)鍵技術(shù)：原材料、模具、設(shè)備及應(yīng)用技術(shù)。

　　一、原材料

　　(1)熱塑性塑料

　　低壓注射成型對材料的加工適應(yīng)性范圍很寬，熱塑性塑、熱固性塑料、塑料合金和共混料、再生熱塑性塑料甚至橡膠，都可采用低壓注射成型方法加工。

　　由于材料在加工過程中受到的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力影響較小，材料的性能不會因受到過分剪切和熱降解而降低 能較好地保持性能。由于LPIM 能保護其加工材料的性能，可采用較低成本的替代材料，在材料成本上有著極大的優(yōu)勢。

　　聚丙烯是LPIM的典型材料之一。由于殘余的加工應(yīng)力很小，能降低材料成本，提高材料的物理性能及力學(xué)性能，在越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域受到歡迎，并將逐步替代高成本原料。

　　低壓注射成型非常重要的一類開發(fā)產(chǎn)品是單一塑料原料的汽車內(nèi)飾件、單一塑料原料制造內(nèi)飾件懿體現(xiàn)明顯的制造經(jīng)濟性，而且能回收利用。聚丙烯非常適合作此用途，尤其是能將各種織物和薄膜模壓到聚丙烯制件上。模內(nèi)復(fù)合可省去復(fù)合所必需的粘合，節(jié)約材料成本和生產(chǎn)成本;在回收造粒時不釋放有害氣味，從環(huán)保的角度考慮更是一個值得歡迎的積極因素。

　　(2) 熱固性塑料

　　熱固性塑料注射成型存在幾個問題，一是溢料;二是對模具的磨損;三是成型周期的時間臨界現(xiàn)象，該問題較嚴(yán)重。熔融狀態(tài)的熱固性塑料會迅速開始固化，如果存在任何延遲，材料在尚未離開機筒或注嘴時即會出現(xiàn)硬化。一旦出現(xiàn)這種情況，生產(chǎn)線就必須立刻停車進行清理。

　　(3) 填充材料

　　LPIM也適合加工各種填充樹酯?；旌喜牧辖?jīng)塑化和均質(zhì)化以確保熔體的均質(zhì)性。有許多研究已證實低壓注射成型具有若于有利于加工的特征，如較低的機頭壓力、較大的澆口尺寸、較低的螺桿轉(zhuǎn)速和較低的材料粘度，這些都有利于減小對注射制件配方中的纖維長度的破壞。纖維長度對樹脂的增強效果有很大影響。

　　(4) 回收利用材料

　　低壓注射成型的成功應(yīng)用，在材料回收利用方面取得了重大突破。最值得重視的是混合回收材料的應(yīng)用。由于混合物的不可預(yù)見性和混合物成分的多樣性，各種成分都具有各自的加工參數(shù)，加工混合的塑料廢棄物將面臨獨特的挑戰(zhàn)。多數(shù)混合塑料廢棄物中含有邊角料、紙和木頭的碎片，甚至還有少量金屬物。

　　采用低壓注射成型成功地加工再生塑料，需要對熔體的塑估和均質(zhì)化給予特別的關(guān)注。通過調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)速和機頭壓力，將混合塑料充分塑化，盡量減少不必要的降解，經(jīng)充分塑化的熔體被注入模腔，制成所需的制件。由于這樣制成的制件可能外觀較差，所以加工過程中一般都配備復(fù)合成型裝置，對制件做進一步的表面裝飾處理，多數(shù)是進行模壓貼膜。

　　控制混合塑料廢棄物的塑化和均質(zhì)化對加工的成功與否很關(guān)鍵，因此需要配置專門的控制軟件。此軟件對從混合粉碎料進入料斗開始，到制件從模具中技頂出的整個生產(chǎn)過程提供復(fù)雜的信號反饋和調(diào)節(jié)，為了對混合過程中的熔體溫度變化進行補償，需要對螺桿進行更精密的控制。

　　某些條件下可能需要對設(shè)備的進料段進行特殊的改造。以便能適應(yīng)不同尺寸的塑料顆粒。低壓注射成型對所用材料都有很大的選擇余地，而所選的材料不但能通過低壓注射成型加工，而且其制件能夠被模壓進行表面處理。利用回收聚乙烯混合料經(jīng)低壓注射成型的塑料托盤是一個早期的成功例子。

　　配置復(fù)合成型裝置生產(chǎn)的建筑用模板和汽車部件都有令人滿意的外觀;低壓注射成型還能采用回收地毯粉碎料生產(chǎn)漁用托盤;采用木質(zhì)纖維和混合塑料廢棄物可生產(chǎn)用于鋪地和墻壁裝飾的塑料放瓷磚，木質(zhì)纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達35%。

　　二、模具

　　由于低壓注射成型中采用的模具不受極端壓力的影響，因而模具的制造材料可采用有利于傳遞的鋁或者銅-鈹合金等，或采用能澆鑄預(yù)成型形狀的銅、鋁、鎳的合金。甚至水泥模具也能用來模制樣件，水泥可實施快速周轉(zhuǎn)，對于小規(guī)模生產(chǎn)可實現(xiàn)低成本操作。

　　模具還可采用能在高精度產(chǎn)品、大規(guī)模生產(chǎn)中發(fā)揮優(yōu)勢的工程陶瓷材料制造，這類材料易于模具的設(shè)計、開發(fā)和加工制造，可以大大節(jié)約材料成本和開發(fā)周期。

　　在低壓條件下注射成型可采用自鎖模具。自鎖模具使注射成型優(yōu)良突破性發(fā)展，實現(xiàn)了大規(guī)模的、復(fù)雜的、深拉伸制件加工的注射成型。對于諸如電冰箱內(nèi)襯、電器外殼、汽車儀表板和浴缸等制件的注射成型，一般都需要如真空成型、反應(yīng)注射成型、片料成型、滾鑄成型或手工鋪疊生產(chǎn)速度慢、勞動強度大的加工方法。如果這些制件的成型采取常規(guī)注射成型方法，由于所需要的鎖摸力太大，所需的設(shè)備非常昂貴。采用自鎖模具實現(xiàn)低壓注射成型可使問題大大簡化。

　　自鎖模具可置換注射機上的整個鎖模裝置，可去掉連桿和模板。自鎖模具置于一個樣實的工作臺上，模具靜止的一半安裝在平臺的一端，并頂住注射澆口，另一半則在軌道上前后滑動。液壓鎖模裝置安裝在固定一側(cè)的角上。隨著移動半模的邊緣與液壓鎖模裝置接觸，其突出部分被鎖定，并使模具保持閉合狀態(tài)，解除鎖摸則由相反的動作完成。液壓鎖定裝置的規(guī)格和數(shù)量決定于模具的規(guī)格和所需的鎖模力。由于高壓注射成型采取高的注射壓力和高的保壓力，所以自鎖模具不能用于高壓注射成型。

　　活動自鎖模具易于操作，也可安裝復(fù)雜的機械手：由于去掉了沉重的模板和連桿，模具的構(gòu)件(如頂出系統(tǒng)和熱流道等)可設(shè)計得更為簡單，更容易改進。較低的注射壓力和鎖模力，以及省卻了連桿和模板，意味著重量減輕，只需投入較低的模具成本即可。

　　鎖模力

　　將LPIM和普通注射成型進行簡單對比，LPIM的顯著優(yōu)點是節(jié)省投資，因為其鎖模力低而無需大型、堅固的設(shè)備。一臺單工位低壓注射機能與一臺標(biāo)準(zhǔn)500~700t高壓注射機競爭。

　　在低鎖模力下操作時，意味著必須設(shè)定有關(guān)注射速率、壓力分布、注料形態(tài)和模具對正等預(yù)警措施，以確保模具處于閉合狀態(tài)。LPIM的鎖模力應(yīng)著重模具的邊框和分型線。這樣能減少射料桿壓力的50%~80%，而且在分型線處沒有溢料。

　　與此相反，常規(guī)注射設(shè)備必須施加液壓力，這可能導(dǎo)致制件的拱形形變和分型線的不完全定位，為確保分型線的最佳結(jié)合和避免模具溢料，常規(guī)注射成型就必須施加很高的鎖模力，必然也會大大增加設(shè)備投資。

　　三、設(shè)備

　　為了實現(xiàn)低壓成型，需對傳統(tǒng)注射機的注射系統(tǒng)進行必要的改進，目前國外已開發(fā)出多腔液壓注射系統(tǒng)，其主要功能如下：

　　1) 在同一油壓下可多級變換最高注射壓力。2) 可在低注射壓力下實施高速注射。

　　(2) 多工位設(shè)備。多工位注射成型設(shè)備包括一臺單螺桿注射機和2~6個分開設(shè)置的模具工位，注射裝置旋轉(zhuǎn)或利用軌道從一個模具滑向另一個模具。當(dāng)一個制件在模具中冷卻固化時，另一個新的制件已在注射之中。該系統(tǒng)的設(shè)計特點是注射機無空轉(zhuǎn)時間，但是所設(shè)計循環(huán)時間必須足以利用全部的性能優(yōu)勢。多工位設(shè)備能將工位順序智能程序化，并能在各工位模塑不同重量的制件。

　　四、應(yīng)用技術(shù)

　　(1) 復(fù)合注射成型

　　低壓注射成型最成功的應(yīng)用實例是將塑料注射復(fù)合在織造或非織造布、薄膜、金屬或木頭上。復(fù)合注射成型或簡單復(fù)合注射成型也稱為復(fù)合材料成型或背襯注射成型。此加工方法不僅能減少生產(chǎn)成本，減輕制件重量，而且能擴展設(shè)計的靈活性，并能采用較便宜的樹脂原料。

　　復(fù)合注射成型涉及非背襯織物在摸內(nèi)的固定以及閉模后向模腔內(nèi)注射精確量的熔融塑料。在注料過程中適當(dāng)?shù)乜刂茐毫妥⑸淞?，能確保模內(nèi)的背襯織物不被損壞，同時確保注射過程中無溢料現(xiàn)象。

　　以復(fù)合注射成型塑料椅為例，將裝飾織物展鋪于凹模腔，中間填充發(fā)泡材料置于裝飾織物背后，基襯織物緊繃在模具的凸模上;緊接著模具閉合，將基襯織物和面飾織物之間的填充發(fā)泡層壓實;然后塑料被注入模腔，基襯織物、填充層以及裝飾織物被粘合在一起，完成復(fù)合注射成型。成型工序完成后，椅子從模具中取出，外界壓力的突然降低使中間填充層隨即膨脹發(fā)抱，將面層充實。

　　由于低壓注射成型無需多層織物和特殊的織物背膠，塑料和織物復(fù)合后的重量和成本方面都有可觀的節(jié)省。由于沒有膠水的存在，設(shè)計產(chǎn)品時可選擇成本較低、材質(zhì)較輕的樹脂。聚丙烯是設(shè)計此類產(chǎn)品時考慮較多的原料之一。由于聚丙烯本身是一種較理想的粘合樹脂，粘合的相容性不再是生產(chǎn)和設(shè)計中的一個問題，不必過多顧及。重量成本、材料成本以及人工成本累積節(jié)約，可體現(xiàn)出整個制件的成本降低。

　　從性能上看，低壓復(fù)合注射成型在很大程度上與纖維增強的普通復(fù)合注射相類似，塑料制件的結(jié)構(gòu)中國有織物的存在而使沖擊強度等性能得到了增強。甚至復(fù)合注射成型在很大程度上與纖維增強的普通復(fù)合注射相類似，塑料制件的結(jié)構(gòu)中因有織物的存在而使沖擊強度等性能得到增強。甚至金屬絲網(wǎng)或金屬纖維亦能夠被塑料包覆，所獲得的制件具有特別高的強度和耐穿刺性。

　　由于非織造布增強是一種連續(xù)的兩維增強，就重量而言，與玻璃纖維增強相比，所需纖維甚少。鑒于腐蝕性的玻璃纖維不屬于熔體流的一部分，不隨熔體流與螺桿發(fā)生摩擦，從口模流出，因而不存在對螺桿、機筒甚至模具的磨損。

　　(2) 低壓熱熔膠注射成型(電子產(chǎn)品的封裝)

　　低壓熱熔膠注射成型技術(shù)在歐美和日本已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車電子零部件制造行業(yè)。在國內(nèi)也有多家外資企業(yè)應(yīng)用此技術(shù)，用于汽車電子零部件的生產(chǎn)。涉及的產(chǎn)品包括汽車線束的索環(huán)、各種傳感器、各種微動開關(guān)、插頭以及其他有防震、防潮、防油、抗化學(xué)腐蝕等要求的電子零部件等。

　　低壓熱熔膠注射系統(tǒng)由熱熔膠機、工作控制臺、模具組成。它的一般工藝流程為：

　　熱熔膠機加熱熱熔膠→齒輪泵輸出→輸膠管→注射噴頭→模具

　　低壓熱熔膠注射成型技術(shù)采用可調(diào)節(jié)輸出壓力、精密輸出計量的熱熔膠機，以確保注射精度;具有控制調(diào)節(jié)注射過程中的溫度、壓力、流量和時間等參數(shù)的工作控制臺;模具價格遠遠低于傳統(tǒng)注射工藝。

　　低壓熱熔膠注射成型技術(shù)使用的模具可以使用航空鍋來制作。由于注射壓力低，需要的合模壓力很低，一般手工錟模就可以滿足要求。另外，根據(jù)零件尺寸的大小，可以選擇二模多腔或者一模一腔。還可以根據(jù)實際情況選擇是否對模具進行冷卻。

　　低壓熱熔膠注射成型技術(shù)使用專用的熱熔腕。這種特殊的熱熔腔材料粘度低，流動性很好，不用高壓就可以注滿很小的空間;它對PVC、PA66、PC、ABS、金屬等材料有很好的粘接性能，注射后可以達到很好的密封效果，能夠有效地抵抗各種化學(xué)腐蝕、防潮和抗震。耐溫性是這種特殊熱熔膠的另外一個特性，它可以在工作環(huán)境溫度范圍為-40~150℃的場合使用。

　　(3) 陶瓷的低壓注射成型

　　陶瓷注射成型制得的坯體接近制品最終形狀，適于高尺寸精度、復(fù)雜形狀制品的大批量生產(chǎn)，易實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。然而，傳統(tǒng)陶瓷注射成型需加入大量聚合物在高壓下注射，脫脂過程復(fù)雜且耗時，并且對設(shè)備要求高。而低壓注射成型是生產(chǎn)復(fù)雜形狀陶瓷的高效、低成本的近凈尺寸成型方法。與傳統(tǒng)注射成型工藝相比，低壓注射成型技術(shù)的設(shè)備和模具成本很低，尤其在制備少量特殊形狀零件時可較大程度地降低成本。

　　另外，低壓注射成型過程中成型溫度和壓力低，且脫脂相對容易，通過熱激活的毛細流動，可以很容易收集吸附在粉末床上的液化的粘接劑，或僅通過蒸發(fā)脫脂，不會造成環(huán)境污染。另外，漿料中蠟含量較高，包覆在粉末表面，使其不能與模具直接接觸，對模具的磨損很小。

　　1) 陶瓷低于注射成型設(shè)備。典型的低壓注射成型設(shè)備由以下幾部分組成：電加熱部分，雙行星式混合器(用于混合有機粘接劑和粉末，再加熱混料至操作溫度)，混合器連有真空系統(tǒng)(用于注射前排除混料中的氣體)，混合器連接一個注射傳送管道通向臺板?；旌掀魇艿酵獠繗鈮鹤鲏号_板，并且進入型腔。另外，還可以安裝用于監(jiān)控多機器參數(shù)的設(shè)備，如監(jiān)控混合器溫度和壓從傳送管和臺板溫度、注射時間和壓力模具可用鋁制作，以降低成本且縮短成型周期。

　　2) 陶瓷低壓注射成型工藝。陶瓷低壓注射成型工藝通常包括下列步驟：陶瓷粉及粘接劑的選取、陶瓷耢與粘接劑的混合、注射成型、脫脂和燒結(jié)，與傳統(tǒng)注射成型工藝幾乎相同，只是在成型壓力上有大幅度降低。

　　首先，將按一定比例配制的粘接劑依次加人到成型機預(yù)置容器中，充分熔融并混合均勻，然后分批加人所選用粉末，混合均勻后，抽真空排除漿料中的氣體，最后在一定壓力下充型，制得毛坯。

　　成型毛坯在燒結(jié)致密化之前，必須將其中的粘接劑組分完全脫除，可選用加熱、溶劑、催化、虹吸等脫脂方式。熱降解方法簡單易行，它也是目前使用最多的脫脂方法。

　　在低壓注射成型工藝中，粘接劑的選擇對于制備具有良好分散性和流動性的漿料及是否能夠成型至關(guān)重要。粘接劑主要有兩個基本功能：增強粉末流動性和維持坯體形狀。由于這兩項功能間常存在矛盾，從而增加了粘接劑設(shè)計的困難。粘接劑研究方面的突破是低壓注射成型發(fā)展的重要前提，因此粘接劑的設(shè)計、加入和脫除成為低壓注射成型工藝研究的熱點。

　　成型環(huán)節(jié)是低壓注射成型工藝中最主要的特色。除了等靜壓，其他高壓工藝在成型階段的坯件中都會產(chǎn)生密度梯度，只有低壓注射成型制得的坯體內(nèi)幾乎無密度變化。若成型坯體密度不同，則在燒結(jié)過程中由于粉末壓坯中低堆積密度比高密度壓坯收縮大而發(fā)生不同大小的收縮，這將嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　低壓注射成型工藝的成型壓力很小，液體幾乎在壓力的情況下充型，并且在模型充滿后才開始凝固，這也是低壓注射成型工藝相對于其他工藝的優(yōu)勢。