注射成型（注塑）能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精確的塑料制品，且成型過程自動(dòng)化程度高，在塑料成型加工中有著廣泛的應(yīng)用。但隨著塑料制品的應(yīng)用日益廣泛，人們對(duì)塑料制品的精度、形狀、功能、成本等提出了更高的要求，傳統(tǒng)的注射成型工藝已難以適應(yīng)這種要求，主要表現(xiàn)在：①生產(chǎn)大面積結(jié)構(gòu)制件時(shí)，高的熔體粘度需要高的注塑壓力，高的注塑壓力要求大的鎖模力，從而增加了機(jī)器和模具的費(fèi)用；②生產(chǎn)厚壁制件時(shí)，難以避免表面縮痕和內(nèi)部縮孔，塑料件尺寸精度差；③加工纖維增強(qiáng)復(fù)合材料時(shí)，缺乏對(duì)纖維取向的控制能力，基體中纖維分布隨機(jī)，增強(qiáng)作用不能充分發(fā)揮。因而在傳統(tǒng)注射成型技術(shù)的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了一些新的注射成型工藝，如氣體輔助注射、剪切控制取向注射、層狀注射、熔芯注射、低壓注射等，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。筆者擬對(duì)上述成型新工藝作一簡(jiǎn)要介紹。 1氣體（水）輔助注射成型 氣體輔助注射成型是自往復(fù)式螺桿注塑機(jī)問世以來，注射成型技術(shù)最重要的發(fā)展之一。它通過高壓氣體在注塑制件內(nèi)部產(chǎn)生中空截面，利用氣體保壓，減少制品殘余內(nèi)應(yīng)力，消除制品表面縮痕，減少用料，顯示出傳統(tǒng)注射成型無法比擬的優(yōu)越性。氣體輔助注射的工藝過程主要包括三個(gè)階段： 起始階段為熔體注射。該階段把塑料熔體注入型腔，與傳統(tǒng)注射成型相同，但是熔體只充滿型腔的60%～95%，具體的注射量隨產(chǎn)品而異。 第二階段為氣體注入。該階段把高壓惰性氣體注入熔體芯部，熔體前沿在氣體壓力的驅(qū)動(dòng)下繼續(xù)向前流動(dòng)，直至充滿整個(gè)型腔。氣輔注塑時(shí)熔體流動(dòng)距離明顯縮短，熔體注塑壓力可以大為降低。氣體可通過注氣元件從主流道或直接由型腔進(jìn)入制件。因氣體具有始終選擇阻力最小（高溫、低粘）的方向穿透的特性，所以需要在模具內(nèi)專門設(shè)計(jì)氣體的通道。 第三階段為氣體保壓。該階段使制件在保持氣體壓力的情況下冷卻，進(jìn)一步利用氣體各向同性的傳壓特性在制件內(nèi)部均勻地向外施壓，并通過氣體膨脹補(bǔ)充因熔體冷卻凝固所帶來的體積收縮（二次穿透），保證制品外表面緊貼模壁。 氣輔技術(shù)為許多原來無法用傳統(tǒng)工藝注射成型的制件采用注塑提供了可能，在汽車、家電、家具、電子器件、日常用品、辦公自動(dòng)化設(shè)備、建筑材料等幾乎所有塑料制件領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且作為一項(xiàng)帶有挑戰(zhàn)性的新工藝為塑料成型開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。氣輔技術(shù)特別適用于制作以下幾方面的注塑制品： （1）管狀、棒狀制品 如手柄、掛鉤、椅子扶手、淋浴噴頭等。采用中空結(jié)構(gòu)，可在不影響制品功能和使用性能的前提下，大幅度節(jié)省原材料，縮短冷卻時(shí)間和生產(chǎn)周期。 （２）大型平板制件 如汽車儀表板、內(nèi)飾件格柵。商用機(jī)器的外罩及拋物線形衛(wèi)星天線等。通過在制件內(nèi)設(shè)置內(nèi)置式氣道，可以顯著提高制品的剛度和表面質(zhì)量，減小翹曲變形和表面凹陷，大幅度降低鎖模力，實(shí)現(xiàn)用較小的設(shè)備成型較大的制件。 （３）厚、薄壁一體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)制品 如電視機(jī)、計(jì)算機(jī)用打印機(jī)外殼及內(nèi)部支撐和外部裝飾件等。這類制品通常用傳統(tǒng)注塑工藝無法一次成型，采用氣輔技術(shù)提高了模具設(shè)計(jì)的自由度，有利于配件集成，如松下74cm電視機(jī)外殼所需的內(nèi)部支撐和外部裝飾件的數(shù)量從常規(guī)注塑工藝的17個(gè)減至8個(gè)，可大幅度縮短裝配時(shí)間。 水輔助注射成型是IKV公司在氣體輔助注射成型技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的新技術(shù)，是用水代替氮?dú)廨o助熔體流動(dòng)，最后利用壓縮空氣將水從制件中壓出。與氣體輔助注射成型相比，水輔助注射成型能夠明顯縮短成型時(shí)間和減小制品壁厚，可應(yīng)用于任何熱塑性塑料，包括那些分子量較低、容易被吹穿的塑料，且可以生產(chǎn)大直徑（40mm以上）棒狀或管狀空心制件。例如，對(duì)于直徑為10mm的制件，生產(chǎn)周期可從60s減至10s（壁厚1～1.5mm）；而直徑為30mm的制件，生產(chǎn)周期則可由180s減到40s（壁厚2.5～3.0mm）。IKV公司和Ferromatik Milacron公司目前正在完善樣機(jī)，其他一些氣輔注塑廠商如Battenfeld公司和Engel公司最近也加入到開發(fā)的隊(duì)伍中來。水輔助注射成型主要用于生產(chǎn)內(nèi)表面光滑、重復(fù)性好的介質(zhì)導(dǎo)管，其質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益都是氣體輔助注射技術(shù)所不及的。 ２ 模具滑動(dòng)注射成型 模具滑動(dòng)注射成型法是由日本制鋼所開發(fā)的一種兩步注射成型法，主要用于中空制品的制造。其原理（圖1）是首先將中空制品一分為二，兩部分分別注射形成半成品，然后將兩部分半成品和模具滑動(dòng)至對(duì)合位置，二次合模，在制品兩部分結(jié)合縫再注入塑料熔體（２次注射），最后得到完整的中空制品。與吹塑制品相比，該法成型制品具有表面精度好、尺寸精度高、壁厚均勻且設(shè)計(jì)自由度大等優(yōu)點(diǎn)。 注射成型（注塑）能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精確的塑料制品，且成型過程自動(dòng)化程度高，在塑料成型加工中有著廣泛的應(yīng)用。但隨著塑料制品的應(yīng)用日益廣泛，人們對(duì)塑料制品的精度、形狀、功能、成本等提出了更高的要求，傳統(tǒng)的注射成型工藝已難以適應(yīng)這種要求，主要表現(xiàn)在：①生產(chǎn)大面積結(jié)構(gòu)制件時(shí)，高的熔體粘度需要高的注塑壓力，高的注塑壓力要求大的鎖模力，從而增加了機(jī)器和模具的費(fèi)用；②生產(chǎn)厚壁制件時(shí)，難以避免表面縮痕和內(nèi)部縮孔，塑料件尺寸精度差；③加工纖維增強(qiáng)復(fù)合材料時(shí)，缺乏對(duì)纖維取向的控制能力，基體中纖維分布隨機(jī)，增強(qiáng)作用不能充分發(fā)揮。因而在傳統(tǒng)注射成型技術(shù)的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了一些新的注射成型工藝，如氣體輔助注射、剪切控制取向注射、層狀注射、熔芯注射、低壓注射等，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。筆者擬對(duì)上述成型新工藝作一簡(jiǎn)要介紹。 1氣體（水）輔助注射成型 氣體輔助注射成型是自往復(fù)式螺桿注塑機(jī)問世以來，注射成型技術(shù)最重要的發(fā)展之一。它通過高壓氣體在注塑制件內(nèi)部產(chǎn)生中空截面，利用氣體保壓，減少制品殘余內(nèi)應(yīng)力，消除制品表面縮痕，減少用料，顯示出傳統(tǒng)注射成型無法比擬的優(yōu)越性。氣體輔助注射的工藝過程主要包括三個(gè)階段： 起始階段為熔體注射。該階段把塑料熔體注入型腔，與傳統(tǒng)注射成型相同，但是熔體只充滿型腔的60%～95%，具體的注射量隨產(chǎn)品而異。 第二階段為氣體注入。該階段把高壓惰性氣體注入熔體芯部，熔體前沿在氣體壓力的驅(qū)動(dòng)下繼續(xù)向前流動(dòng)，直至充滿整個(gè)型腔。氣輔注塑時(shí)熔體流動(dòng)距離明顯縮短，熔體注塑壓力可以大為降低。氣體可通過注氣元件從主流道或直接由型腔進(jìn)入制件。因氣體具有始終選擇阻力最?。ǜ邷?、低粘）的方向穿透的特性，所以需要在模具內(nèi)專門設(shè)計(jì)氣體的通道。 第三階段為氣體保壓。該階段使制件在保持氣體壓力的情況下冷卻，進(jìn)一步利用氣體各向同性的傳壓特性在制件內(nèi)部均勻地向外施壓，并通過氣體膨脹補(bǔ)充因熔體冷卻凝固所帶來的體積收縮（二次穿透），保證制品外表面緊貼模壁。 氣輔技術(shù)為許多原來無法用傳統(tǒng)工藝注射成型的制件采用注塑提供了可能，在汽車、家電、家具、電子器件、日常用品、辦公自動(dòng)化設(shè)備、建筑材料等幾乎所有塑料制件領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且作為一項(xiàng)帶有挑戰(zhàn)性的新工藝為塑料成型開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。氣輔技術(shù)特別適用于制作以下幾方面的注塑制品： （1）管狀、棒狀制品 如手柄、掛鉤、椅子扶手、淋浴噴頭等。采用中空結(jié)構(gòu)，可在不影響制品功能和使用性能的前提下，大幅度節(jié)省原材料，縮短冷卻時(shí)間和生產(chǎn)周期。 （２）大型平板制件 如汽車儀表板、內(nèi)飾件格柵。商用機(jī)器的外罩及拋物線形衛(wèi)星天線等。通過在制件內(nèi)設(shè)置內(nèi)置式氣道，可以顯著提高制品的剛度和表面質(zhì)量，減小翹曲變形和表面凹陷，大幅度降低鎖模力，實(shí)現(xiàn)用較小的設(shè)備成型較大的制件。 （３）厚、薄壁一體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)制品 如電視機(jī)、計(jì)算機(jī)用打印機(jī)外殼及內(nèi)部支撐和外部裝飾件等。這類制品通常用傳統(tǒng)注塑工藝無法一次成型，采用氣輔技術(shù)提高了模具設(shè)計(jì)的自由度，有利于配件集成，如松下74cm電視機(jī)外殼所需的內(nèi)部支撐和外部裝飾件的數(shù)量從常規(guī)注塑工藝的17個(gè)減至8個(gè)，可大幅度縮短裝配時(shí)間。 水輔助注射成型是IKV公司在氣體輔助注射成型技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的新技術(shù)，是用水代替氮?dú)廨o助熔體流動(dòng)，最后利用壓縮空氣將水從制件中壓出。與氣體輔助注射成型相比，水輔助注射成型能夠明顯縮短成型時(shí)間和減小制品壁厚，可應(yīng)用于任何熱塑性塑料，包括那些分子量較低、容易被吹穿的塑料，且可以生產(chǎn)大直徑（40mm以上）棒狀或管狀空心制件。例如，對(duì)于直徑為10mm的制件，生產(chǎn)周期可從60s減至10s（壁厚1～1.5mm）；而直徑為30mm的制件，生產(chǎn)周期則可由180s減到40s（壁厚2.5～3.0mm）。IKV公司和Ferromatik Milacron公司目前正在完善樣機(jī)，其他一些氣輔注塑廠商如Battenfeld公司和Engel公司最近也加入到開發(fā)的隊(duì)伍中來。水輔助注射成型主要用于生產(chǎn)內(nèi)表面光滑、重復(fù)性好的介質(zhì)導(dǎo)管，其質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益都是氣體輔助注射技術(shù)所不及的。 ２ 模具滑動(dòng)注射成型 模具滑動(dòng)注射成型法是由日本制鋼所開發(fā)的一種兩步注射成型法，主要用于中空制品的制造。其原理（圖1）是首先將中空制品一分為二，兩部分分別注射形成半成品，然后將兩部分半成品和模具滑動(dòng)至對(duì)合位置，二次合模，在制品兩部分結(jié)合縫再注入塑料熔體（２次注射），最后得到完整的中空制品。與吹塑制品相比，該法成型制品具有表面精度好、尺寸精度高、壁厚均勻且設(shè)計(jì)自由度大等優(yōu)點(diǎn)。 與一般的注射成型相比，注射一壓縮成型的特點(diǎn)是： （1）熔體注射是在模腔未完全閉合情況下進(jìn)行的，因而流道面積大，流動(dòng)阻力小，所需的注塑壓力也小。 （２）熔體收縮是通過外部施加壓力給模腔使模腔尺寸變小（模腔直接壓縮熔體）來補(bǔ)償?shù)?，因而型腔?nèi)壓力分布均勻。 因此，注射一壓縮成型可以減少或消除由充填和保壓產(chǎn)生的分子取向和內(nèi)應(yīng)力，提高制品材質(zhì)的均勻性和制品的尺寸穩(wěn)定性，同時(shí)降低塑料件的殘余應(yīng)力。注射一壓縮成型工藝已廣泛用于成型塑料光學(xué)透鏡、激光唱片等高精度塑料件以及難以注射成型的薄壁塑料件。此外注射一壓縮成型在玻璃纖維增強(qiáng)樹脂成型中的應(yīng)用也日益普及。 ６剪切控制取向注射成型 剪切控制取向注射成型實(shí)質(zhì)是通過澆口將動(dòng)態(tài)的壓力施加給熔體，使模腔內(nèi)的聚合物熔體產(chǎn)生振動(dòng)剪切流動(dòng)，在其作用下不同熔體層中的分子鏈或纖維產(chǎn)生取向并凍結(jié)在制件中，從而控制制品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和微觀形態(tài)，達(dá)到控制制品力學(xué)性能和外觀質(zhì)量的目的。將振動(dòng)引入模腔的方法有螺桿加振和輔助裝置加振兩種。 （1）螺桿加振螺桿加振的工作原理是給注射油缸提供脈動(dòng)油壓，使注射螺桿產(chǎn)生往復(fù)移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)，注射螺桿產(chǎn)生的振動(dòng)作用于熔體，并通過聚合物熔體把振動(dòng)傳入模腔，從而使模腔中的熔體產(chǎn)生振動(dòng)，這種振動(dòng)作用可持續(xù)到模具澆口封閉。此種裝置比較簡(jiǎn)單，可以利用注塑機(jī)的控制系統(tǒng)，或?qū)ψ⑺軝C(jī)的液壓和電氣控制系統(tǒng)加以改造來實(shí)現(xiàn)。 （２）輔助裝置加振輔助裝置加振是將加振裝置（見圖３）安裝在模具與注塑機(jī)噴嘴之間，注射階段與普遍注塑一樣，通常熔體僅通過一個(gè)澆口，此澆口活塞后退以保持流道通暢，另一活塞則切斷另一流道；模腔充滿后，兩個(gè)保壓活塞在獨(dú)立的液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下開始以同樣的頻率振動(dòng)，但其相位差180度。通過兩個(gè)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把振動(dòng)傳入模腔，使模腔中的熔體一邊冷卻，一邊產(chǎn)生振動(dòng)剪切流動(dòng)。實(shí)驗(yàn)證明這種工藝有助于消除制品的常見缺陷（如縮孔、裂紋、表面沉陷等），提高熔接線強(qiáng)度；利用剪切控制取向成型技術(shù)，通過合理設(shè)置澆口位置和數(shù)量，可以控制分子或纖維的取向，獲得比普通注射成型制品強(qiáng)度更高的制品。 剪切控制取向注射成型過程中聚合物熔體被注入模腔后，模腔內(nèi)開始出現(xiàn)固化層。由于固化層附近速度梯度最大，此處的熔體受到強(qiáng)烈的剪切作用，取向程度最大。中心層附近速度梯度小，剪切作用小，因而取向程度也小。在保壓過程中引入振動(dòng)，使模腔中的聚合物熔體一邊冷卻，一邊受振動(dòng)的剪切作用，振動(dòng)剪切產(chǎn)生的取向因模具的冷卻作用而形成一定厚度的取向?qū)?。同沒有振動(dòng)作用相比，振動(dòng)剪切流動(dòng)所產(chǎn)生的取向?qū)雍穸冗h(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通注射所具有的取向?qū)雍穸?，這就是模腔內(nèi)引入振動(dòng)剪切流動(dòng)能使制品的力學(xué)性能得到提高的原因。此外，由于振動(dòng)產(chǎn)生的周期性的壓縮增壓和釋壓膨脹作用，可在薄壁部分產(chǎn)生較大的剪切內(nèi)熱，延緩這些部分的冷卻，從而使厚壁部分的收縮能從澆口得到足夠的補(bǔ)充，有效防止縮孔、凹陷等缺陷。 ７推一拉注射成型 德國(guó)Klockner公司開發(fā)的推－拉注射成型是另一種將振動(dòng)引入注射成型的工藝，這種成型方法可消除塑料件中熔臺(tái)縫、空隙、裂紋以及顯微疏松等缺陷，并可控制增強(qiáng)纖維的排列，其原理如圖４所示。它采用主、輔兩個(gè)注射單元和一個(gè)雙澆口模具。工作時(shí)，主注射單元推動(dòng)熔體經(jīng)過一個(gè)澆口過量充填模腔，多余的料經(jīng)另一澆口進(jìn)入輔助注射單元，輔助注射螺桿后退以接受模腔中多余熔體；然后輔助注射螺桿往前運(yùn)動(dòng)向模腔注射熔體，主注射單元?jiǎng)t接受模腔多余熔體。主、輔注射單元如此反復(fù)推拉，形成模腔內(nèi)熔體的振動(dòng)剪切流動(dòng)，當(dāng)靠近模壁的熔體固化時(shí)，芯部的熔體在振動(dòng)剪切的作用下產(chǎn)生取向并逐漸固化，形成高取向度的制品。一般制品成型需10次左右的循環(huán)，最高的可達(dá)40次。 推一拉注射成型的周期比普通注射成型的周期長(zhǎng)，但由于在推拉運(yùn)動(dòng)中材料被冷卻固化，保壓階段對(duì)于控制收縮和翹曲已不是很重要了。在推一拉注射成型中，注射階段和保壓階段合二為一。用此種注射工藝對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)LCP的推一拉注射成型結(jié)果表明，與常規(guī)的注射成型相比，材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲彈性模量可分別提高420%和270%。 ８層狀注射成型 層狀注射成型是一種兼有共擠出成型和注射成型特點(diǎn)的成型工藝，該工藝能在復(fù)雜制件中任意地產(chǎn)生很薄的分層形態(tài)。層狀注射成型同時(shí)實(shí)施兩種不同的樹脂注射，使其通過一個(gè)多級(jí)共擠模頭（圖５），各股熔體在共擠模頭中逐級(jí)分層，各層的厚度變薄而層數(shù)增加，最終進(jìn)入注塑模腔疊加，保留通過上述過程獲得的層狀形態(tài)，即兩種樹脂不是沿制品厚度方向呈無序共混狀態(tài)存在的，而是復(fù)合疊加在一起。據(jù)報(bào)道，層狀注射可成型每層厚度為0.1～10μm、層數(shù)達(dá)上千層的制品。因?qū)訝钭⑸涑尚偷闹破肥腔趦煞N或多種材料形成的層狀結(jié)構(gòu)，保留了各組分材料的特性，比傳統(tǒng)共混料更能充分發(fā)揮材料性能，使其制品在阻隔氣體滲透、耐溶劑、透明性方面各具突出優(yōu)點(diǎn)。 ９微孔發(fā)泡注射成型 在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)泡注射成型中，通常采用化學(xué)發(fā)泡劑，由于其產(chǎn)生的發(fā)泡壓力較低，生產(chǎn)的制件在壁厚和形狀方面受到限制。微孔發(fā)泡注射成型采用超臨界的惰性氣體（CO2、N2）作為物理發(fā)泡劑，其工藝過程分為四步： （1）氣體溶解 將惰性氣體的超臨界液體通過安裝在機(jī)筒上的注射器注入聚合物熔體中，形成均相聚合物/氣體體系； （２）成核 充模過程中氣體因壓力下降從聚合物中析出而形成大量均勻氣核； （３）氣泡長(zhǎng)大 氣核在精確的溫度和壓力控制下長(zhǎng)大； （４）定型 當(dāng)氣泡長(zhǎng)大到一定尺寸時(shí)，冷卻定型。 微孔發(fā)泡與一般的物理發(fā)泡有較大的不同。首先，微孔發(fā)泡加工過程中需要大量惰性氣體如CO2、N2溶解于聚合物，使氣體在聚合物中呈飽和狀態(tài)，采用一般物理發(fā)泡加工方法不可能在聚合物-氣體均相體系中達(dá)到這么高的氣體濃度。其次，微孔發(fā)泡的成核數(shù)要大大超過一般物理發(fā)泡。通常，一般物理發(fā)泡成型采用的是熱力學(xué)狀態(tài)逐漸改變的方法，易導(dǎo)致產(chǎn)品中出現(xiàn)大的泡孔以及泡孔尺寸分布不均勻的弊病。微孔塑料成型過程中熱力學(xué)狀態(tài)迅速地改變，其成核速率及泡核數(shù)量大大超過一般物理發(fā)泡成型。 與一般發(fā)泡成型相比，微孔發(fā)泡成型有許多優(yōu)點(diǎn)。其一是它形成的氣泡直徑?。?～10μm），可以生產(chǎn)因一般泡沫塑料中微孔較大而難以生產(chǎn)的薄壁（1mm）制品；其二是微孔發(fā)泡材料的氣孔為閉孔結(jié)構(gòu)，可用作阻隔性包裝產(chǎn)品：其三是生產(chǎn)過程中采用CO2或N2，因而沒有環(huán)境污染問題。 美國(guó)Trexel公司在MIT微孔發(fā)泡概念的基礎(chǔ)上，將微孔發(fā)泡注射成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，形成了MuCell專利技術(shù)。MuCell工藝用于注塑的主要優(yōu)點(diǎn)是，反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，熔體粘度低，熔體和模具溫度低，因此制品成型周期、材料消耗和注塑壓力及鎖模力都降低了，而且其獨(dú)特之處還在于這種技術(shù)可用于薄壁制品以及其他發(fā)泡技術(shù)無法發(fā)泡制品的注塑。MuCell在注射成型技術(shù)上的突破為注塑制品生產(chǎn)提供了以前其他注塑工藝所不具有的巨大能力，為新型制品設(shè)計(jì)、優(yōu)化工藝和降低產(chǎn)品成本開拓了新的途徑。采用MuCell技術(shù)的注塑制品正被用于許多工業(yè)領(lǐng)域，包括汽車、醫(yī)藥、電子。食品包裝等各個(gè)行業(yè)。 轉(zhuǎn)自：塑料加工工業(yè)信息中心