原材料價(jià)格不斷飆升，對(duì)制造相對(duì)低廉的亞洲市場(chǎng)帶來(lái)了巨大的沖擊，很多加工商已經(jīng)開(kāi)始意識(shí)到，即使在中國(guó)也不再是廉價(jià)制品的產(chǎn)地。但是另一方面，為了占據(jù)有利市場(chǎng)先機(jī)，越南、印尼和其他一些國(guó)家的供應(yīng)商卻又不得不通過(guò)削減價(jià)格的方式適應(yīng)消費(fèi)者的需求。
然而，隨著塑膠產(chǎn)品越來(lái)越復(fù)雜，制件的公差要求和表面外觀質(zhì)量要求也越來(lái)越高，采用傳統(tǒng)的注塑加工技術(shù)生產(chǎn)這些制件，往往會(huì)出現(xiàn)多種質(zhì)量問(wèn)題，如制品存在較大的內(nèi)應(yīng)力、由于收縮不均而導(dǎo)致產(chǎn)品變形等，達(dá)不到要求的品質(zhì)或成本要求?？梢哉f(shuō)，塑料加工商遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，他們迫切需要尋求新的加工技術(shù)來(lái)改變現(xiàn)在的困境。
近年來(lái)，一種新技術(shù)——精密注塑成型技術(shù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。這種技術(shù)可以將制件的生產(chǎn)尺寸精度控制在0.01～0.001mm之間，有時(shí)甚至能夠達(dá)到0.001mm以下。與傳統(tǒng)的注塑工藝相比，由該技術(shù)生產(chǎn)的制件具有良好的力學(xué)性能以及尺寸穩(wěn)定性，而且制件的尺寸精度和重復(fù)精度高，公差范圍小。比如化妝品包裝容器以精密注塑為主。
由于其自身的多種性能優(yōu)勢(shì)，加上塑料加工領(lǐng)域的“突變”，為該技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展空間。目前，在對(duì)制品規(guī)格要求很高的醫(yī)療和電子電器領(lǐng)域，精密注塑成型已經(jīng)發(fā)展成為一種非常成熟和完善的注塑工藝。近年來(lái)，隨著汽車市場(chǎng)的異軍突起，司機(jī)們?cè)趯ふ矣秃母〉钠嚨耐瑫r(shí)，也更需要配置高精度的汽車配件和修飾件，而這些精密部件的生產(chǎn)同樣離不開(kāi)精密注塑成型工藝。
在這些領(lǐng)域中，Trexel公司的MuCell微發(fā)泡成型工藝表現(xiàn)得尤為突出，也是精密成型技術(shù)中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的成型技術(shù)之一。該成型工藝主要靠氣孔的膨脹來(lái)填充制品，并在較低且平均的壓力下完成制件的成型。微發(fā)泡成型可分成三個(gè)階段（如圖1所示）：首先，將超臨界流體(CO2或N2)溶解到熱融膠中形成單相溶體，并在一定的恒定壓力下保持下來(lái)；然后，通過(guò)開(kāi)關(guān)式射嘴將單相溶體射入溫度和壓力較低的模具型腔中，形成微發(fā)泡產(chǎn)品。由于溫度和壓力降低引發(fā)分子的不穩(wěn)定性，從而在制品中形成大量的氣泡核，這些氣泡核逐漸長(zhǎng)大生成微小的孔洞。發(fā)泡后的制品橫切面放大圖如圖2所示，可以看到制件的表層還是未發(fā)泡的實(shí)體層，這是由于模具溫度較低，表面樹(shù)脂冷卻迅速，細(xì)胞核沒(méi)有成長(zhǎng)的時(shí)間而導(dǎo)致的。
圖1 MuCell微發(fā)泡注塑成型的工藝過(guò)程
圖2 發(fā)泡體的結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)的注塑工藝都需要采用較高的模內(nèi)壓來(lái)完成注塑，但是，此時(shí)較高的壓力點(diǎn)往往會(huì)使得制件由于承受較大且不平均的壓力而發(fā)生破裂。相比之下，MuCell微發(fā)泡成型工藝不需要依靠機(jī)器的不斷保壓，即可實(shí)現(xiàn)熔體的順利填充，因此大大減少了產(chǎn)品的內(nèi)應(yīng)力，并保證了產(chǎn)品不同位置的平均收縮，有效提高了產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性，還顯著減輕了制品的重量，消除了飛邊。另外，該工藝所配備的模具不需要進(jìn)行反復(fù)精調(diào)，只要在運(yùn)行正常的情況下，就能夠保證注射成型的質(zhì)量。
Trexel公司總裁Dave Bernstein介紹說(shuō)，MuCell微發(fā)泡成型工藝加快了充模和冷卻的速度，同時(shí)去掉了保壓過(guò)程，有效改善了制件的成型周期。同時(shí)，該工藝還使得注塑生產(chǎn)朝著自動(dòng)化的方向發(fā)展，更有利于提高生產(chǎn)效率。
精確控制尺寸
“如果你的工廠繼續(xù)留在歐洲或北美，那么就必須盡量地縮減成本，”Dave Bernstein說(shuō)，“而且要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，加工商必須嚴(yán)格控制制件的公差?！倍鳰uCell微發(fā)泡成型工藝可將制件的公差控制在要求的區(qū)間范圍內(nèi)，保證制件的尺寸穩(wěn)定性。對(duì)于模具開(kāi)發(fā)的前階段，這還能夠減少模具設(shè)計(jì)的反復(fù)修改，節(jié)約生產(chǎn)成本。
以生產(chǎn)一個(gè)高32.43cm、寬87.33cm和長(zhǎng)191.50cm的模具為例（如圖3所示），分別采用傳統(tǒng)的注塑工藝和MuCell微發(fā)泡成型工藝來(lái)生產(chǎn)該模具，并由此獲得一組實(shí)心制件和一組微發(fā)泡成型件。在長(zhǎng)、寬、高方向上對(duì)兩組制件進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，MuCell制件在各方向上都具有更小的尺寸偏差（見(jiàn)表1），而且具有較強(qiáng)的控制尺寸的工藝能力。這一點(diǎn)也可以從圖4看出。
圖3 模具制件
圖4 控制尺寸的工藝能力直方圖（以長(zhǎng)191.5cm為基準(zhǔn)）
最近，一家日本客戶采用MuCell工藝生產(chǎn)出了一種小型打印機(jī)的支架。這是一種重量非常輕的部件，可在打印機(jī)的表面來(lái)回移動(dòng)，因此，對(duì)制件的重量和公差要求非常高。Bernstein表示，采用該工藝進(jìn)行生產(chǎn)后，“該部件的成本、精密度、重量以及成型周期都得到了改進(jìn)。”據(jù)介紹，該部件的公差僅為 30μm。
改善翹曲變形
翹曲變形是傳統(tǒng)注塑生產(chǎn)中常見(jiàn)的較難解決的制品缺陷之一，它主要是制品由于應(yīng)力和收縮不均勻而產(chǎn)生的。由于在整個(gè)MuCell微發(fā)泡成型工藝中，制件始終處于平均的壓力下，保證了不同位置的均勻收縮，使得這一問(wèn)題得以解決。以導(dǎo)紙板為例（如圖5所示），采用傳統(tǒng)的注塑工藝所得的實(shí)心制件的翹曲變形程度為0.807mm，而采用MuCell發(fā)泡成型工藝得到的制件其翹曲變形程度僅為0.429mm，比前者提高了47%（如圖6所示）。
圖5 導(dǎo)紙板
圖6 導(dǎo)紙板各位置處的翹曲變形程度（藍(lán)色代表MuCell微發(fā)泡成型工藝，紅色代表傳統(tǒng)的注塑工藝）
另一個(gè)典型的應(yīng)用實(shí)例是，采用該工藝來(lái)生產(chǎn)汽車上的牽引控制連接器外殼（如圖7所示）。該部件采用的是30%玻璃纖維增強(qiáng)的PBT材料，該材料在增強(qiáng)后由于橫縱方向上的收縮率不一致，因此，采用傳統(tǒng)的注塑工藝進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，非常容易發(fā)生翹曲變形。從圖8中可以看到，實(shí)心制件的變形程度為1.1cm，而采用MuCell微發(fā)泡成型得到的該部件的翹曲變形情況有了顯著的改善，其翹曲變形程度僅為0.27cm，較前者降低了約75%。
圖7 汽車牽引控制連接器外殼采用了30%玻璃纖維增強(qiáng)的PBT材料
8 采用兩種注塑工藝得到的汽車部件的翹曲變形情況
減輕重量
MuCell工藝在減輕重量方面的優(yōu)勢(shì)也是顯而易見(jiàn)的。選用PBT、填充尼龍和ABS等不同樹(shù)脂材料來(lái)生產(chǎn)制件，該工藝能夠在保證制件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不發(fā)生很大變化的前提下，將其重量減少10%以上。通過(guò)表2可以看出，不同材料制得的微發(fā)泡成型件的重量均比由相同材料制得的實(shí)心制件低。
與結(jié)構(gòu)發(fā)泡不同，MuCell的微孔結(jié)構(gòu)更加規(guī)整，同時(shí)微孔的分布也更加均勻?！皩?duì)于小型的薄壁制品，MuCell微發(fā)泡成型工藝的注射速度非?？?，而且晶核都是瞬間形成的，”Bernstein說(shuō)，“因此，這些微孔并不會(huì)出現(xiàn)加工商所不愿看到的微孔融合的現(xiàn)象。”
值得一提的是，聚碳酸酯材料雖然可以得到很好的微發(fā)泡，但是由該材料制得的制件會(huì)出現(xiàn)抗沖擊強(qiáng)度下降的情況，目前還不適用于該工藝。除此之外，MuCell微發(fā)泡成型工藝可適用于目前幾乎所有的熱塑性材料。
據(jù)Bernstein介紹，Trexel公司已經(jīng)對(duì)多種材料進(jìn)行了試驗(yàn)。Bernstein表示：“我們同時(shí)還在開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)更多可以用于該技術(shù)的新材料，包括高溫尼龍、聚砜和熱塑性聚氨酯等，而且由此獲得的結(jié)果也令我們非常興奮?！?
