[发明专利]热塑性树脂中空管制品注塑成型系统及成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料成型技术领域的装置及方法，具体是一种水辅助注射成型系统及成型方法。

技术背景

水辅助注射成型技术，是一种控制流体（水），将其注入制件特定的熔融区域以形成空心的技术。注射熔融热塑性熔体后利用水针向其芯部注射水，水的前沿作用在制件的熔融芯上，从水的前沿到熔体的过渡段，固化了一层很薄的塑料膜，推动聚合物熔体，充填模具型腔以获得中空制品。与气体辅助注塑成型技术相比， 水辅助注射成型具有冷却时间和成型周期更短、生产效率增加等优势。但是在水辅成型的中空制品的树脂截面中也非常容易在发现缩孔或缩松缺陷，以及制品在型腔中充填不完全缺陷。这主要是由于气体辅助成型所用的介质（一般为高压氮气）与水辅助注射成型所用的介质（水）的物理特性的区别造成；例如在气体辅助注塑成型时，在高压氮气推动熔胶形成中空时由于氮气的热容量低，中空的内壁不会立即凝固，而是从与模具型腔壁接触的制品外壁向中空内壁冷却，同时由于氮气具有压缩性，即氮气有膨胀压力推动熔胶向模具向型腔壁运动补充收缩和充分填充型腔，即使在完成中空成型后采用高压氮气保压操作也可消除缩松和型腔填充不完全等缺陷；而在采用水辅成型时，由于水的导热率是氮气的40倍，水的热容量是氮气的4倍，中空体的内壁会迅速形成坚硬的固化层，与此同时与模具型腔壁接触的外壁在模具的冷却下也迅速形成坚硬的固化层，但水具有不可压缩性，意味着在注入过程中如果没有足够的阻力就不能形成足够的水压来作用在树脂体上，这样就导致在两层坚硬的固化层之间后凝固部分产生缩孔或缩松等缺陷，且不能推动未凝固熔胶完全充填型腔中的薄壁结构。对于制品在型腔中充填不完全的缺陷，在熔胶填充型腔时，采用已知的螺杆保压和溢料腔工艺方法先将模具型腔充分填充熔融热塑性树脂然后用水将芯部未凝固的熔融热塑性树脂推入溢料腔是一种可行的方法；然而采用这种方式制造时依然存在两个方面的风险，其中之一是注水水针在开始注水时容易被熔胶堵塞，从而影响制造效率；另外一个风险是在向溢料腔中溢料过程中，型腔内熔胶压力不足，不能完全解决成型过程中在制品壁中产生的缩松/缩孔问题；同时这种方法还会产生大量的溢料，造成加工能耗较高或者材料消耗太多。

发明内容

本发明目的是根据目前水辅成型中空制品所存在的不足，提出下述技术方案，一方面提供了一种成型系统，另一方面提供了一种流体辅助注塑成型方法：

本发明主要由注塑机100、水流注入控制装置200、成型模具1、安装在成型模具1中的水针装置3、以及连接水流注入装置200和水针装置3的管道组成，其中所述成型模具1包括闭合后形成的成型中空管制品10的型腔2、热流道装置4、可控溢料缸装置5、可控溢料缸装置5与热流道装置之间的单向阀6、可控溢料缸装置5与型腔2之间的第一开关阀8、热流道装置4与型腔2之间的第二开关阀9；其中，所述可控溢料缸装置5包括加热和温控组件5a、活塞5b、溢料缸5d、驱动和控制机构5c，所述溢料缸5d能通过驱动和控制机构5c设定和控制最小储料容积V0和最大储料容积V1，所述溢料缸5d通过第一开关阀8与型腔2连接以接纳自型腔2溢出的熔融热塑性树脂直至最大储料容积V1，所述溢料缸5d通过单向阀6与热流道装置4连接以通过热流道装置4和第二开关阀9向型腔2中注入所储存的熔融热塑性树脂直至最小储料容积V0；其中，水针装置3包括水通路3a、水流输出端3b和水针帽3c，所述水通路3a的一端通过管道与水流注入控制装置200连接，所述水通路3a的另一端位于水流输出端3b，所述水针帽3c与水流输出端3b为可拆卸连接，在注入水流通过水流输出端3b输出之前所述水流输出端3b和水针帽3c位于型腔2中，水针帽3c固定在水流输出端3b上并覆盖水流输出端3b的出水口，当注入的水流通过水流输出端（3b）输出时所述水针帽（3c）在注入水流的作用下脱离水流输出端（3b）；其中，可控溢料缸装置的溢料缸5d中熔融热塑性树脂的压力由驱动和控制机构5c设定和控制。

根据上述的热塑性树脂中空管制品注塑成型系统，通过包括下列步骤的方法成型中空管制品10：

1） 将水针装置的水针帽3c置于水流输出端3b上并覆盖水流输出端的3b的出水口，然后闭合模具；此时，水针装置3的水通路3a处于关闭状态，第一开关阀8和第二开关阀9均处于关闭位置，溢料缸5d具有最大储料容积V1；

2） 打开第二开关阀9，注塑机100的塑化注射单元101和可控溢料缸装置5共同向型腔2中注入熔融热塑性树脂使型腔2充分填充，水针装置的水流输出端3b和水针帽3c被熔融树脂完全包覆；型腔2填充完毕后，溢料缸5d达到预先设定的最小储料容积V0；