三 水辅助注塑成型技术的加工原理
水和气体之间主要的差异是气体具有可压缩性, 水和气体之间主要的差异是气体具有可压缩性,而水不 能。正是由于相对于气体, 能。正是由于相对于气体,水的粘度和不可压缩性使得 水能够在中空成型中起作用。在注射期间，以水不会 蒸发的方式注射时, 蒸发的方式注射时,水的前沿象一个移动柱塞那样作用 在制件的熔融芯上,从水的前沿到熔体的过渡段, 在制件的熔融芯上,从水的前沿到熔体的过渡段,固化 了一层很薄的塑料膜,它象一个高粘度的型芯, 了一层很薄的塑料膜,它象一个高粘度的型芯,进一步 推动聚合物熔体, 推动聚合物熔体,从而将制件掏空。水压推动它前进的 同时, 同时,水还对熔体进行冷却。最后利用重力或者压缩空 气将水从制件中排出，流进一个储罐，水可以再循环 使用。WAIM能极大地缩短制品的成型周期，可用于 使用。WAIM能极大地缩短制品的成型周期，可用于 生产轻质、坚固的中空制品，并具有良好的外观效果。
五水辅助注塑成型技术的主要特点
水辅助注塑成型技术与气体辅助注塑成型 技术相比较, 技术相比较,其根本差别在于二者使用的辅 助成型介质的性质不同。一种是液态的水, 助成型介质的性质不同。一种是液态的水, 另一种是气态的氮气。水是不可压缩的, 另一种是气态的氮气。水是不可压缩的,而 气体则可以。水不但粘度高于气体, 气体则可以。水不但粘度高于气体,而且水 的热传导率是气体的40倍 的热传导率是气体的40倍,其热容量是气体 的４倍。由于水的流体特性, 的４倍。由于水的流体特性,使水辅助注射 成型具有如下特点: 成型具有如下特点:
3溢流法(副腔成型法) 溢流法(副腔成型法)
优点: 优点: 可以得到表面很光滑的制品，而所需的水压 要比标准成型法小，同时其副腔中的物料也 可以回收再利用。 缺点: 缺点: 成型的制品通常需要进行二次剪切以分离制 品与副腔中的余料
4 流动法(流动注射法) 流动法(流动注射法)
优点: 优点: 节省材料,同时水从制品芯部流向循环回路, 节省材料,同时水从制品芯部流向循环回路, 增加冷却速率。速度快。 缺点: 缺点: 制品末端(出水口) 制品末端(出水口)有表面缺陷，同时低的水 压可能使水渗入制品和模具内表面之间。
4 减小壁厚,节省材料 减小壁厚,
水辅助成型可成型比气体辅助成型所能达 到的壁厚更薄的制品。因而节省材料, 到的壁厚更薄的制品。因而节省材料,减轻 制品重量, 制品重量,降低成本。研究表明水辅助注射 成型可节省材料30%～40%。 成型可节省材料30%～40%。
5 制品结构更均匀
气体辅助注塑时, 气体辅助注塑时,由于产品空腔内部的传热 性差以及低冷却率, 性差以及低冷却率,因此内侧会形成较粗大 的结晶结构。相反,水辅注塑时, 的结晶结构。相反,水辅注塑时,因为水对内 侧的良好冷却作用, 侧的良好冷却作用,制品的内部结构与普通 注塑相似,即制品断面内材料结构比较对称, 注塑相似,即制品断面内材料结构比较对称, 制品具有较小的晶相结构。
WAIM有着一个独特的优点: WAIM有着一个独特的优点:能够直接在制 品内部进行冷却。由于水的热传导率是气 体的40倍 热焓是气体的4 所以,WAIM的 体的40倍,热焓是气体的4倍;所以,WAIM的 冷却能力可以使制品的冷却循环时间降至 GAIM的25%。除了明显缩短成型周期 GAIM的25%。除了明显缩短成型周期 外,WAIM能够成型壁厚更薄和更均匀的中 WAIM能够成型壁厚更薄和更均匀的中 空制品,更加节省原料;此外,WAIM还可以生 空制品,更加节省原料;此外,WAIM还可以生 产内表面非常光滑的制件,这在GAIM中是很 产内表面非常光滑的制件,这在GAIM中是很 难达到的。
虽然20世纪70年代初期, 虽然20世纪70年代初期,人们已提出了采用液体 如水、油或聚合物溶液的注射作为形成空心体 的方法; 的方法;但由于所用的柱塞和注射装置产生的压 力太高,而达到的流速太低, 力太高,而达到的流速太低,故结果并不令人十分 满意。制件上具有无数的水孔, 满意。制件上具有无数的水孔,形成了泡孔或者 孔洞, 孔洞,而没有形成空心体。 如今,在德国亚琛市的德国塑料加工研究所(IKV) 如今,在德国亚琛市的德国塑料加工研究所(IKV) 开发的WAIM使这一古老的想法成为现实。IKV 开发的WAIM使这一古老的想法成为现实。IKV 从1998年开始研发这种技术。 1998年开始研发这种技术。
四 水辅助注塑成型的方法
根据具体工艺过程的不同，相应的WAIM技 根据具体工艺过程的不同，相应的WAIM技 术也可以分为短射法、返流法、溢流法和 流动法。其过程类似于气体辅助注塑技术 中过程的变化, WAIM的加工顺序是聚合物 中过程的变化, WAIM的加工顺序是聚合物 填充,水注入, 填充,水注入,然后通过重力或压缩空气将水 排出。
999年 月在德国费罗玛提克· 999年9月在德国费罗玛提克·米拉克隆公司 /Ferromatik Milacro的开放式实验室里第一 Milacro的开放式实验室里第一 次展示了WAIM技术。同时，在IKV的实验 次展示了WAIM技术。同时，在IKV的实验 室里，用德国巴顿菲尔公司/Battenfeld出品 室里，用德国巴顿菲尔公司/Battenfeld出品 的注射机进行演示。 2001年在德国Dussledorf举行的展览会上， 2001年在德国Dussledorf举行的展览会上， 水辅助注射成型技术引起不小的轰动。
可以预测，同气体辅助成型一样, 可以预测，同气体辅助成型一样,水辅助成 型技术不久将在塑料成型加工领域获得广 泛的应用。
二 气体辅助注塑成型技术局限
气体辅助注塑成型(GAIM) 气体辅助注塑成型(GAIM)是一种将惰性气 体注入制件特定的熔融区域以形成空心制 品的技术。该技术始于20世纪80年代，具 品的技术。该技术始于20世纪80年代，具 有可减小翘曲变形、凹痕，提高表面质量， 减轻制品质量，缩短成型周期，可成型壁 厚差较大的制品等优点。目前GAIM技术已 厚差较大的制品等优点。目前GAIM技术已 经广泛应用于汽车、家电、家具、日常用 品等的制造领域。
内容
一 二 三 四 五 六 七 八
引言 气体辅助注塑成型技术局限 水辅助注塑成型技术的加工原理 水辅助注塑成型的方法 水辅助注塑成型技术的主要特点 水辅助注塑成型的应用范围 水辅助注塑成型技术关键问题 结束语
一 引言
水辅助注塑技术(WAIM) 水辅助注塑技术(WAIM)是一种新型的生产 中空或者部分中空制品的成型方法。这种方 法形成空腔的原理与气体辅助注塑技术 (GAIM)基本相似。 GAIM)基本相似。
2 制品表面无缩痕
水辅助成型中注入模腔的熔体, 水辅助成型中注入模腔的熔体,是在高达近 30 Mpa的水压力作用下紧贴模腔壁流动与 Mpa的水压力作用下紧贴模腔壁流动与 冷却固化的, 冷却固化的,制品的整个成型收缩与冷却定 型过程始终受到来自制品芯部的水压力的 作用。制品壁厚密度高,冷却均匀,收缩一致, 作用。制品壁厚密度高,冷却均匀,收缩一致, 表面平整无缩痕,没有翘曲与扭曲变形, 表面平整无缩痕,没有翘曲与扭曲变形,外观 质量好。
但是GAIM技术不能生产大直径制品的缺点， 但是GAIM技术不能生产大直径制品的缺点， 限制了它的应用。另外对于直径相对较大的介 质导管的生产，GAIM工艺仍存在相对较大的 质导管的生产，GAIM工艺仍存在相对较大的 制品壁厚，又由于气体从内部传递热量，导致 冷却时间增加，因而熔体发泡的危险增加，为 冷却时间增加，因而熔体发泡的危险增加，为 了避免发泡，气体的保压时间或者气体的压力 释放时间被延长，当然，这样也增加了循环时 间。当制件的直径超过40 mm时 在气道形成后, 间。当制件的直径超过40 mm时,在气道形成后, 还会存在熔体沿着模壁向下流动的危险。因 此,GAIM难以应用于直径较大的中空制品的成 GAIM难以应用于直径较大的中空制品的成 型。GAIM技术的不足刺激了人们对新的注塑 型。GAIM技术的不足刺激了人们对新的注塑 成型方法的开发研究,WAIM应运而生。 成型方法的开发研究,WAIM应运而生。
1 缩短循环时间，成型周期短
水辅助注塑成型是将一定温度(10～ 水辅助注塑成型是将一定温度(10～80 ℃) 的高压(30 Mpa)水注入模腔内熔体的芯部, 的高压(30 Mpa)水注入模腔内熔体的芯部, 因此水可直接从制品壁厚的芯部对制品进行 冷却, 冷却,而且这种冷却是随着制品形状由内到 外均匀作用的,冷却充分,效果好, 外均匀作用的,冷却充分,效果好,因此可大大 缩短制品的成型周期。
3 可成型薄壁和内表面光滑的制品
由于水辅助成型所用的水温度远低于熔体温度, 由于水辅助成型所用的水温度远低于熔体温度,因 此注入模腔的水与高温熔体接触的界面会因熔体 温度迅速降低而立即形成一层光滑的高粘度固化 膜,固化膜内侧的水在压力作用下向外均匀施压,使 固化膜内侧的水在压力作用下向外均匀施压, 尚未凝固的制品壁厚受压而减薄, 尚未凝固的制品壁厚受压而减薄,但水不会穿透固 化膜进入壁厚, 化膜进入壁厚,同时更多的熔体向前流动,从而获得壁 厚较薄且内表面光滑的制品。
研究表明, 研究表明,水辅助成型的冷却循环时间只有 气体辅助成型的25%,甚至更低。如成型直 气体辅助成型的25%,甚至更低。如成型直 径为10mm,壁厚1.0～ 径为10mm,壁厚1.0～1.5 mm的制品,气体 mm的制品, 辅助成型时间为60 s,而水辅助成型时间只 辅助成型时间为60 s,而水辅助成型时间只 需10 s;成型直径为30 mm,壁厚2.5～3.0 s;成型直径为30 mm,壁厚2.5～ mm的制品,气体辅助成型时间需要180s,而 mm的制品,气体辅助成型时间需要180s,而 水辅助成型时间只需40 s。 水辅助成型时间只需40 s。
德国Herford市的Sulo公司是第一个实施这 德国Herford市的Sulo公司是第一个实施这 种技术进行塑料加工的厂家。 水辅助成型技术的第一个商业化应用是 1998年由德国Sulo公司开发成功的ＰＰ材 1998年由德国Sulo公司开发成功的ＰＰ材 料成型的全塑超市购物手推车。该产品用 气体辅助成型需要的时间是280ｓ，而用水 气体辅助成型需要的时间是280ｓ，而用水 辅助成型只需68ｓ 辅助成型只需68ｓ,可见水辅助注塑成型是 一项极具竞争优势的成型技术。