阿博格注塑产品

近年，国内外注塑成型技术日新月异，正朝着智能化、绿色化、网络化、定制化、功能化的方向发展。本文将简单梳理一下近年来全球注塑行业的最新技术进展。

智能制造-注塑行业的创新趋势
工业4.0的目标是智能工厂。智能工厂是对工艺和生产数据的系统使用、对生产单元的联网和整合，是机器、部件以及对自适应辅助系统的分散使用所带来的更高的产率、机器使用率、质量和灵活性。
注塑智能工厂 
博创公司研发了国内首台套集网络化与智能化一体的注塑装备，通过构建注塑装备云服务平台，承载用户远程监控、故障诊断等智能化服务。博创提出的智能工厂是通过注塑成型设备的主控制器与各种辅助设备的通讯和控制，实现智能互动。随着注塑成型设备的注塑工艺的改变，辅助设备上的各种控制参数能随之改变。而辅助设备的工作状态的变化也能通过注塑成型设备的主控制器实时监控。每个单机装备在按照设定的指令自动执行各自的任务同时，还可配合上下游完成整个系统工程。上述设备组成了整个自动化系统，再把所有设备串联网络执行通讯，连接中央电脑，开发特殊程式进行操控，便构成了注塑成型智能制造系统。
注塑4.0 
恩格尔通过iQ软件产品可持续分析关键的工艺参数，在废品产生前识别偏差并立即补偿，包括注塑和保压阶段始终保持熔体量和熔体黏度的一致性，以模具排气不断地重新调整锁模力，且不受外部环境或原料质量波动的影响。同时，通过独立调节模具温度稳定性来降低产生废品的风险。此外，恩格尔在其为满足塑料加工行业的要求而特殊订制的产品组合中拥有自己的MES（制造执行系统），可实现极高程度的纵向数据集成。
注塑过程自适应控制
克劳斯玛菲的APC注塑零缺陷控制技术可根据注塑制造过程中的波动进行即时补偿，实现高品质的生产。APC即Adaptive Process Control，每个循环周期会根据当时的熔体粘度与模具内的流动阻力调整V/P切换点和保压曲线，实现在单次注射过程中的波动补偿，显著提升制品的重复精度。其中，可以补偿的因素包括温度变化、环境变化、物料批次变化等各种外部因素引起的波动。除了可用于在生产过程中的波动补偿之外，还可在停机重启时进行补偿以避免残次品产生。设备内部如螺杆机筒磨损、止逆阀磨损等使得塑化过程发生变化的情况，都可通过APC系统实现补偿。
绿色制造－面向汽车工业的轻量化解决方案
连续纤维增强热塑性塑料制品成型加工 
连续碳纤维增强热塑性塑料制品开发重点主要集中在汽车内饰上，包括座椅部分的组件、门侧防撞梁、汽车横向悬架梁、刹车踏板、转向柱支架、安全气囊组件和前端组件等。原料供应商巴斯夫称其为“连续纤维增强热塑性塑料（CFRT）”，朗盛则命名为“尼龙复合材料板混杂技术”。设备制造商恩格尔公司称其工艺为“Organomelt”，克劳斯玛菲则将其技术称为“FiberForm”，二者都是在一台注塑机中实现包覆成型。
恩格尔和克劳斯玛菲展示了转向柱支架和门侧防撞梁的成型系统。两家公司均采用了德国Bond-Laminates公司提供的Tepex复合材料板材，并采用朗盛的尼龙材料对该组件进行包覆成型。在这两个演示中，均由机械手（线性的或六轴的）抓取复合板材，将其放到300℃的加热炉中预热30~40s，然后将其送入注塑模具中。通过闭合模具对该板材进行预成型，接着再将尼龙材料注入形成最终制品。按加热炉能力的不同，整个循环时间从33s到55s。
采用恩格尔技术生产的部件拥有更为复杂的形状，脱模后需进行激光修边。克劳斯玛菲则在其IMC注塑混炼机上，直接采用由玻璃粗纱获得的长玻纤来混配包覆成型用的混配料。机械手还将成型后获得最终形状的部件传送到一个质量检测站。

阿博格与德国塑料中心SKZ开发的长纤维直接注塑工艺可将连续的玻璃纤维切断，并将其直接送至熔体处。长纤维直接注塑的前提是具有较高流动性的聚合物基体（PP和PA），以保证实现较好的纤维分散和浸润度，同时也可减少纤维损伤获取较长纤维。为了得到更长的纤维，部件和模具设计具有决定性的作用。熔体进浇点位置选择应保证部件有机械需求的区域不出现熔接痕缺陷，浇口和热流道系统中应选择较大横截面以避免纤维堵塞。用长纤维直接注塑时需注意型腔内排气良好。
在成型工艺设置方面，应保持较小的背压，较低的螺杆塑化转速，选择低速注射并避免采用长时间的高保压压力。
物理发泡技术用于长纤维增强塑料注射成型 
阿博格与德国亚琛塑料加工（IKV）研究所一同研发了物理发泡技术ProFoam，基本原理是在原料进入机筒之前通过低压氮气进行浸润发泡。原料首先被加入由两个加压腔体组成的预发泡装置的上部腔体中，低压下（50 bar）加入物理发泡剂（N2）。随后腔体气体阀门打开让原料进入下部加压腔后锁闭，上部腔体继续加料。待下部腔体阀门打开后，原料进入塑化系统中，物理发泡剂因此可均匀溶入塑胶熔体里。注射时伴随减压过程，可在制品内部产生均匀分布的微孔结构。这种工艺的优势在于不需要在螺杆上设置额外的剪切和混合功能部件。
值得一提的是，Profoam还被用于生产带长纤维增强的发泡部件，以达到更优良的机械特性。相比于传统的，生产出的部件可获得平均长度更长的增强纤维，还可利用变模温技术对表面品质进行优化。
高光表面整体解决方案 
克劳斯玛菲的ColorForm是用于高光表面部件生产的新工艺，这项技术组合了注塑成型与反应加工设备，用于取代传统的喷漆制程，并能够在一个生产循环中实现全自动生产。其基本成型工艺过程为先在模内注射成型热塑性基体，再采用双组分的聚脲（PUA）或聚氨酯（PUR）涂料在模内直接对其进行浇涂（flow-coated），从而获得拥有优质表面的最终部件。采用PUA或PUR涂料的表面漆层无溶剂、柔顺剂和重金属，而且没有任何排放，是对传统漆的一种有效而环境友好的替代。这一集成的工艺相比传统的装饰工艺可节省成本30%以上。由于产品同时具有高抗刮擦性、高设计自由度和出色的表面质量，ColorForm工艺非常适用于装饰柱件、装饰条、中央控制台或仪表板等各类汽车内外饰件。

注射压缩成型用于大型汽车零部件的生产 
注射压缩成型工艺过去通常被用于超薄光学级制品（如导光板）的成型加工，目的是减小制品内残余应力以满足光学性能要求。恩格尔则采用Coinmelt的注塑压缩成型技术为戴姆勒汽车开发出汽车后备箱盖的生产工艺，其特殊之处在于生产对象具有非常复杂的三维几何结构，包括螺纹和若干底部切口。相较于传统注塑成型，注射压缩成型需要的注塑压力更小，可以实现更薄的制品壁厚，从而减少重量并节省成本。
Coinmelt工艺是在熔体充填结束之前，合模结构以要求的平行度及确定的锁模力进行合模。压缩过程代替了传统保压过程，可有效地使型腔内各个位置压力均匀分布，并不受制品厚度的影响。实现这一工艺的前提条件是合模机构开合模行程位置控制精度达到微米级，而恩格尔Duo系统注塑机可通过锁模油缸的独立控制来保证这一要求。
塑料与金属的超强结合 
纳米注射成型（NMT：Nano Molding Technology）是一种基于金属表面纳米构型的嵌件注射成型工艺，其核心是通过纳米化学构型工艺NCS（Nano-crystallization chemical structure）在金属表面形成纳米级微孔，然后通过塑料和处理好的金属件的嵌件成型实现塑料与金属的超强结合力。
日本早在多年前就已采用NMT技术，该技术具有简化制程工序、缩短工时及提升机械性能等优点，在实现高结合强度的同时降低生产成本，及大幅降低相关耗材的使用率。该技术最初只是将铝材与树脂进行一体化成型，现已可应用于镁、不锈钢、钛等金属，并且进一步发展出了金属间结合技术。
住友重机推出了支持金属-树脂接合技术“NMT”的注塑机SE130EV-HD Special Package，并演示了将铝合金部件安装到模具内再注塑聚酰胺（PA6），制造金属与树脂牢固接合的汽车零件的工艺过程。
功能化注射成型技术最新进展
微型高精密制品注塑成型 
在NPE2015，日精展示了配备X-Pump的小型油电混合注塑机“NPX7 Advance”用于成型微型医用缝合器部件。NPX7 Advance采用高能效混合泵系统X-Pump，相比传统液压机可节能40%以上，并具有优异的注塑性能。机器配备直径为12mm的螺杆（以前认为这是不可能的），可稳定地成型1克以下的微型零件。合模单元为全液压驱动，模板采用线性导轨支撑，可向模具均匀地传递压力，且具有极好的低压模保特性。供料装置为日精独有的“Smart Feeder”，可防止树脂喂料不足，并可稳定树脂的熔融/塑化过程。
同期，住友德马格则展示了配有SL（Spiral Logic）Screw螺杆组合的直驱式全电动注塑机用于生产0.524g齿轮。SL Screw螺杆组合可通过消除不稳定的剪切热来消除熔体密度波动，避免熔体在机筒中的滞留或降解现象。GS喂料系统则可与螺杆速度相适应进行喂送或计量原料。同时，一种可主动关闭的止逆阀（GS阀）取代了传统螺杆挡圈，可以防止进入机筒的材料回流，保证沿螺杆长度上熔体压力分布均匀、加工过程的高度稳定以及注射的重复性。此外，注塑机还采用Zero-Molding技术用于保证微成型制品的精度，包括：(1)熔体流动前端控制（简称“FFC”）系统利用树脂流动前锋中的能量，以一种均衡的方式完成填充；(2)最小化锁模成型（简称“MCM”）系统允许机器自动检测模具动定半模完全平行之处的极小点，并定义出现无飞边成型的临界值以及实现******型腔排气的优化点；(3)直驱电动机提供了快速响应、高速度、压力和扭转力，并确保了较高的能源效率、精密性和重复性；(4)锁模力校正系统用于补偿模具的热膨胀。
厚壁光学透镜多层注射成型
Engel optimelt是特别针对光学制件加工的解决方案：首先生产一个预成型件，然后再在一个或多个后续过程中完成多层成型（常采用同一材料），后一层成型可以覆盖前一层所产生的缩痕等缺陷，从而确保高的光学品质。在照明领域的研究表明，多层之间的界面层对照明光学功能没有影响。恩格尔早在K2013上展示了壁厚为15mm的LED透镜成型，其成型周期在60s以内，相比传统单层成型可缩短80%以上。 
金属合金注塑成型 
恩格尔为液态金属的高效注射成型提供了配套装备。液态合金是一种具有卓越机械特性的新材料，亦称为金属玻璃，是目前唯一可注塑成型的金属。
注射成型时，塑化单元首先借助感应加热器加热到1100℃用于熔化坯件，再由活塞将熔融态金属注入型腔成型。为防止氧气晶化金属导致性能下降，型腔必须是高度真空。液态金属合金注射成型实现了一步到位制造复杂结构金属部件，并且其精度和表面质量远优于普通铸造。注射金属零件表面质量与腔体表面高度一致，无需打磨、无需抛光，相比数控加工尺寸精度可高出一个数量级，公差可达±8μm（金属粉末注射成型公差为±75~125μm）。
小结
纵观过去十年来注塑加工行业的技术创新历程可以发现，行业当前已经由注重提升注塑装备单一性能转向围绕终端注塑产品构建系统化和智能化整体解决方案。近年，在欧洲工业4.0智能化制造趋势的引领下，全球顶尖的注塑企业竞相推出引入“工业4.0”新概念的产品，并在各大行业展会上进行展示。中国注塑产业在过去20多年来的高速发展中已经取得了丰硕的成果并得到全球同行的认可，如果能在工业4.0及中国制造2025的发展机遇中加快推动智能化制造，将有机会实现与国际领先技术的并跑甚至领跑状态。

文章来源:CPRJ 中国塑料橡胶