气体辅助注塑成型工艺浅析

气体辅助注塑有改善外观、节约材料、缩短周期、减低内应力等优点。但是由於气辅工艺发展的时间不长，在调试中气体不易控制，加上许多初次接触的工艺人员经验不足，常常会造成生产中废品增多。本文着重说明气体辅助成型工艺、结构特点及成型缺陷的应对措施。

工艺原理

气辅成型（GIM）是指在塑胶充填到型腔适当的时候（90%~99%）注入高压惰性气体，气体推动熔融塑胶继续充填满型腔，用气体保压来代替塑胶保压过程的一种新兴的注塑成型技术。它是将熔融的树脂通过高压，高速注入型腔，再把高压气体引入到制件的壁厚部位，产生中空截面，驱动熔体完成充填过程并进行保压（如图1所示）。



图1 气辅成型原理筒图



在气辅成型工艺调试时，需要注意以下因素：

1. 对於气针式面板模具来讲，气针处压入放气时，**容易产生进气不平衡，造成调试更加困难。其主要现象为缩水。解决方法为放气时检查气体流畅性。

2. 胶料的温度是影响生产正常进行的关键因素之一。气辅产品的质量对胶料温度更加敏感。射嘴料温过高会造成产品料花、烧焦等现象；料温过低会造成冷胶、冷嘴，封堵气针等现象。产品反映出的现象主要是缩水和料花。解决方法为检查胶料的温度是否合理。

3. 手动状态下检查封针式射嘴回料时是否有溢料现象。如有此现象则说明气辅封针未能将射嘴封住。注气时，高压气体会倒流入料管。主要现象为水口位大面积烧焦和料花，并且回料时间大幅度减少，打开封针时会有气体排出。主要解决方法为调整封针拉杆的长短。

4. 检查气辅感应开关是否灵敏，否则会造成不必要的损失。

5. 气辅产品是靠气体保压，产品缩水时可适当减胶。主要是降低产品内部的压力和空间，让气体更容易穿刺到胶位厚的地方来补压。

气辅成型优点

1. 减少残余应力、降低翘曲问题。传统注塑成型，需要足够的高压以推动塑料由主流道至**外围区域；此高压会造成高流动剪应力，残存应力则会造成产品变形。GIM中形成中空气体流通管理（Gas Channel）则能有效传递压力，降低内应力，以便减少成品发生翘曲的问题。

2. 消除凹陷痕迹。传统注塑产品会在厚部区域如筋部（Rib＆Boss）背後，形成凹陷痕迹（Sink Mark），这是由於物料产生收缩不均的结果。而GIM可借由中空气体管道施压，促使产品收缩时由内部向外进行，则固化後在外观上不会有此痕迹。

3. 降低锁模力。传统注塑时高保压压力需要高锁模力，以防止塑料溢出，但GIM所需保压压力不高，可降低锁模力需求达25%~60%。

4. 减少流道长度。气体流通管道之较大厚度设计，可引导帮助塑料流通，不需要特别的外在流道设计，进而减少模具加工成本，及控制熔接线位置等。

5. 节省材料。由气体辅助注塑所生产的产品比传统注塑节省材料可达35%，节省多少视产品的形状而定。除内部中空节省料外，产品的浇口（水口）材料和数量亦大量减少。

6. 缩短生产周期时间。传统注塑由於产品筋位厚、柱位多，很多时候都需要一定的注射、保压来保证产品定形。气辅成形的产品，产品外表看似很厚胶位，但由於内部中空，因此冷却时间比传统实心产品短，总的周期时间因保压及冷却时间减少而缩短。

7. 延长模具寿命。传统注塑工艺在打产品时，往往用很高的注射速度及压力，使浇口（水口）周围容易产生“披峰”，模具经常需要维修；使用气辅後，注塑压力、注射保压及锁模压力同时降低，模具所承受的压力亦相应降低，模具维修次数大大减少。

8. 降低注塑机机械损耗。由於注塑压力及锁模力降低，注塑机各主要受力零件：哥林柱、机铰、机板等所承受的压力亦相应降低，因此各主要零件的磨损降低，寿命得以延长，减少维修及更换的次数。

模具特点

1. 气道横截面一般为半圆型，其直径的设计要求尽量小且保持一致，一般为壁厚的2-3倍。过大或过小会对气道末端的穿透不利。气道拐弯处应有较大的圆弧过渡；在加强筋、自攻螺钉柱等结构的根部可布置气道，以利用结构件作为分气道补缩。

2. 气针的配合间隙应小於0.02mm，以防止熔料进入气针间隙；气针外周与模具的密封必须良好，要求使用耐高温的密封圈。

3. 气针的结构形式要求能防止在冷却过程中氮气从气针与制品之间的间隙逸出。

4. 气针位置离浇口不能太近。因为在充填时浇口附近料温**高，粘度较低，易使熔料进入气针间隙，造成制品缩痕、吹裂等缺陷。

5. 在进行流道、浇口的设计时，由於气辅成型取消了注射补偿相，故可以设置较少的流道和浇口数量。为保证较快的充模速度，应将流道和浇口扩大。潜伏式浇口直径一般为1.5mm左右。过大的浇口尺寸，会增加浇口凝固时间，影响生产效率，而且还可能引起氮气经浇口和流道後串入料桶的危险。

设备特点

气辅注塑系统通常由低压氮气气源发生系统、氮气增压及控制系统两部分组成。具体包括空气压缩机、冷冻乾燥机、氮气发生器、氮气缓冲罐、管路过滤器、隔膜式氮气增压机、高压氮气储罐和气辅控制台组成的封闭系统。



图2 气辅注塑系统的典型结构



常见缺陷及排除方法

1. 气体贯穿。这种缺陷可通过提高预填充程度，加快注射温度，提高熔体温度，缩短气体延迟时间或选用流动性较高的材料等方法来解决。

2. 无腔室或腔室太小。可以通过降低预填充程度，提高熔体温度和气体压力，缩短气体延迟时间，延长气体保压和泻压时间，选用流动性较高的材料，加大气体通道，使用侧腔方式等方法中一种来解决。另外，可检查气针有无故障或堵塞，气体管路有无泄漏。

3. 缩痕。消除缩痕可以参考的方法有降低预填充程度和熔体温度，提高熔体保压压力，缩短气体延迟时间，提高气体压力，延长气体泻压时间，降低模具温度，加大浇口直径、流道口和气道等。另外，可调整注气的压力曲线，检查管路和气针是否工作正常。

4. 重量不够稳定。降低注射速度，提高背压，改进模具排气，改变浇口位置和加大浇口等方法都有利於克服这种缺陷。

5. 气道壁太薄。可以采取降低注射速度、降低料桶温度和气体压力、延长气体延迟时间及加大气道等方法来克服这种缺陷。

6. 指形效应。出现这种现象时可以考虑提高填充程度，降低注射速度，降低料桶温度和气体压力，延长气体延迟时间，缩短气体和泻压时间，重新设定注气的压力曲线，选用流动性较低的材料，降低模具温度和减小壁厚等方法。此外，浇口位置的改变和气道的加大也有助於改进这种缺陷。

7. 气体进入螺杆桶。出现这种现象时可以考虑提高熔体保压压力和保压时间，降低射嘴温度和气体压力，缩短气体保压时间和泻压时间，重新设定注气的压力曲线，选用流动性较低的材料，减小浇口直径和改变浇口位置等方法。

8. 脱模後产生爆裂。出现这种现象时可以考虑降低气体压力，延长保压时间，重新设定注气的压力曲线，减小气量等，检查气针有无堵塞。

作者：夏新工程塑胶有限公司 陈志光 林云霞 来源：雅式工业专网