发泡注塑成型如何成就高质量表面

　　FIM 工艺（热塑性发泡注塑成型）是一种成熟的特殊注塑成型工艺，尤其是在汽车制造领域，其特点是经济效益高。经济效益来自于更高的设计自由度、更轻的部件重量和更少的材料损耗。这些优势一方面源于模制件密度的降低，另一方面源于熔体粘度的降低，因此适用于更长的流路和壁厚更小的模制件。溶解气体的推进作用还有助于在流路末端获得比传统注塑成型工艺更高的尺寸稳定性和壁厚更大的区域。此外，由于FIM 部件具有良好的比刚度，因此能够节省材料。良好的弯曲性能归功于泡沫结构与致密表皮层的结合，材料的节省仅来自内部的泡沫层。

　　FIM 工艺的缺点是表面质量较低，而且许多公司缺乏工艺和模具设计经验。最常见的表面缺陷是银纹和熔融物喷出。银纹是指，在熔体前沿形成的气泡在模壁处被剪切，从而导致模制件和模具之间形成小气穴。熔融物喷出则是指熔体在充模过程中因截面变化而突然释放。

　　提高发泡注塑成型的表面质量

　　改善表面质量的方法有多种（变温控制、装饰箔背部发泡、气体反压、可透气模具），但它们同时也增加了模具和工艺的复杂程度。因此，这些工艺会对结构、生产率和经济效率产生限制。绝缘模具涂层是提高表面质量的另一种方案。它们能够增加熔体和模具之间的接触温度，使填充过程中产生的缺陷得到修复。该涂层的作用原理与动态交替温控（变温）系统相当。

　　不同表面纹理的陶瓷涂层

　　根据对家居用品和集装箱建筑等行业的研究，最终选用了多种具有良好附着力、低导热性和高耐磨性的涂层。它们在实践中经过了测试来确定它们是否适合被用于注塑模具。共有六种涂层被选用，涂层和未涂层标准镶件的效果也经过了比较。除了涂层之外，测试还对注射速度、熔体和模具温度、发泡剂用量和减轻的重量进行了研究来确定各种材料和涂层组合的作用。在本例中，MuCell 工艺（供应商：Trexel）在Allrounder 520 A 1500-400 注塑机（制造商：Arburg）上进行了使用。

　　测试中使用的材料是HostacomEYC 136 N（ 制造商：Lyondell-Basell），发泡样件的重量相比未发泡的正常注塑件减轻了10%， ，还考虑了不同的工艺参数（注射速度、熔体和模具温度）对灰度值和弯曲性能的影响。两个相同的铝制板状嵌件（尺寸为170x 170 x 2.5mm）被用作模具，其中一个涂有Eschmann Textiles International公司生产的陶瓷涂层CeraShibo。该涂层具有不同的表面纹理——喷砂、抛光和皮纹（图1）。第二个嵌件被用于比较模制件和标准铝制模具的表面质量。

　　为了对光学质量进行研究，试样抛光区域的灰度值被选用。根据EN ISO11664–4 标准，灰度值被定义为L 值，用于表示颜色的亮度，它介于0（黑色）和100（白色）之间。因此，测量结果中的最小灰度值由材料的颜色决定。与最小灰度值的偏差是由表面粗糙度和银纹造成的。用BYK 的色差仪来测量灰度值。测量通过六个部件各自在流路上的六个测量点进行。弯曲性能根据DINEN ISO 14125 和DIN EN ISO 178 标准在万能试验机（制造商：Zwick）上通过四点弯曲试验进行测试。

　　工艺参数和涂层对灰度值的影响

　　在发泡注塑成型（FIM）过程中，与紧凑型注射成型（IM）相比，灰度值增加，因为它们会使表面变亮。通过在FIM工艺中使用模具涂层（CeraShibo），灰度值降低，与紧凑型注塑成型具有相同灰度值的部件得以被生产出来（图2）。通过比较不同模具制成（有/ 无涂层的传统注塑模具和发泡模具）的试样可以很清楚看到这一点（图1）。

　　所研究的工艺参数对未涂层铝制模具灰度值的影响非常明显，并且FIM的影响比紧凑型注塑成型的影响要大得多。该涂层降低了工艺参数对FIM灰度值的影响。FIM 较高的标准偏差可能是受到流路和熔融物喷出的影响。该涂层还能够显著降低灰度值，喷砂、皮纹工件表面还可达到紧凑型注塑成型的值。

　　针对这项测试，FIM 用熔体对模腔进行了缺料注塑，实现了10% 的重量减轻。然后，熔体在模具中膨胀，从而实现了部件的完全填充。因此，流路末端的模腔压力较低，这就是为什么铝制模具会随着流动长度的增加而出现更多的表面缺陷（图3）。但是，在紧凑型注塑成型过程中，流动长度对灰度值的影响可以忽略不计。FIM 可以通过模具涂层来均衡整个流路上的灰度值，因为涂层降低了熔体前沿的冷却速度。

　　对弯曲性能的积极影响

　　该项目还对比弯曲性能进行了研究，而这也是使用FIM 模制件的原因之一。CeraShibo 涂层提高了传统注塑成型件的弯曲强度（图4），因为模制件的冷却速度较慢并且结晶度较高。FIM过程中使用铝制模具时，发泡模制件的绝对抗弯强度会降低。但是，比抗弯强度与传统注塑成型相比得到了提高。与传统注塑成型相比，在FIM 过程中使用CeraShibo 涂层后，绝对抗弯强度降低了1.9%。尽管如此，其比抗弯强度仍高于传统注塑成型。

　　在有模具涂层的发泡注塑成型过程中，工艺参数（尤其是熔体温度）的影响远比涂层本身的影响要大。因此，即便使用了CeraShibo 涂层，也需要工艺知识来生产出具有良好表面质量和优异性能的模制件。因此，该涂层对灰度值和机械性能的影响与变温控制系统相似，但对周期时间的影响要小得多。

　　前景与传统铝制嵌件相比，CeraShibo涂层能够显著提高FIM 模制件的表面质量。这是因为熔体和模具之间的接触温度升高所致。此外，该涂层还能够均衡整个流路的灰度值。由于熔体和模制件之间的接触温度较高，该涂层也会对模制件的弯曲性能和拉伸性能造成影响。但其影响小于工艺参数的影响。该项目在后续过程中还将对表面纹理对表面粗糙度和成型精度的影响进行研究。

　　除了上述产品，该项目还对其它涂层和材料进行了研究。其目标是使多种涂层符合铝制模具的应用，并将适用于不同材料的涂层转移到SKIndustriemodell 公司的工业应用中。在这一过程中，还需要对熔融物喷出进行更详细的研究并通过合适的材料/ 涂层组合和适当的工艺控制来降低熔融物喷出的发生率和可见性。为了展示该技术的潜力，IKV 希望能够在年内研制一个样品出来。

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