微發(fā)泡注塑成型技術在基本保證制品性能不降低的基礎上，可以明顯減輕制件重量，并具有內應力小、不易產生表面缺陷、對壁厚差異較大的制品具有特殊成型優(yōu)越性的特點。其與常規(guī)注塑、結構發(fā)泡注塑、化學發(fā)泡注塑以及氣輔注塑相比較在多個方面都獨具優(yōu)勢，成為近年來注塑技術發(fā)展的一個重要方面。


微發(fā)泡聚合物材料是指以聚合物材料為基體，其中含有泡孔尺寸從小于一微米到幾十微米的多孔聚合物材料。常規(guī)的物理或化學發(fā)泡法制備的泡沫塑料由于其孔徑較大，通常不屬于這一范疇，與一般泡沫塑料毫米級的泡孔相比，微發(fā)泡聚合物的泡孔要小得多，而泡孔密度要大得多，因而稱為微發(fā)泡聚合物。

發(fā)展概述

上世紀80年代初，美國麻省理工學院（MIT）首先提出微發(fā)泡塑料的概念并發(fā)展了相應的成型技術。提出該概念是希望在聚合物基體中引入大量比聚合物原已存在的缺陷尺度更小的空隙，從而在減少材料用量的同時提高其剛性，并避免對強度等性能造成明顯的影響。這種工藝制備的微發(fā)泡材料孔徑一般小于10微米，尤其突出的是泡孔密度非常高，達到109-1015個/cm3。微發(fā)泡成型過程可分成三個階段，首先是將超臨界流體（主要是二氧化碳和氮氣）溶解到聚合物中，并形成聚合物/氣體的單相溶液；然后，通過溫度或壓力等條件引發(fā)體系的熱力學不穩(wěn)定性，使得氣體在溶液中的溶解度下降；由于氣體平衡濃度的降低，從而在聚合物基體中形成大量的氣泡核，然后逐漸長大生成微小的孔洞。

許多人認為超臨界流體應用于聚合物加工只是處于實驗室的研究，實際上，這種方法的商業(yè)應用早就開始了。20世紀50年代始，超臨界乙烯就已用于大規(guī)模制造低密度聚乙烯。進入21世紀，Trexel公司與MIT合作，首先利用這種技術實現(xiàn)了微發(fā)泡注塑的商業(yè)化應用。據(jù)報道，Reedy國際公司也開發(fā)了類似的擠出微發(fā)泡裝置。

關于聚合物微發(fā)泡成型技術已有大量的文獻報道，研究以無定型和半結晶型聚合物微發(fā)泡材料的成型過程為主，如聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚碸（Polysulfone）等。加工技術方面的研究主要涉及微發(fā)泡擠出、微發(fā)泡注塑、微發(fā)泡吹塑及旋轉模塑等。從事微發(fā)泡技術研究并取得較顯著研究成果的單位主要有美國的麻省理工學院、威斯康辛—邁迪遜大學、佐治亞理工大學、加拿大的多倫多大學、德國的GKSS 研究中心、荷蘭的特文特大學等。

發(fā)展現(xiàn)狀

1997年，在與MIT合作的基礎上，Trexel公司率先開始了微發(fā)泡注塑成型技術的產業(yè)化研究。其第一臺用于研究的注塑機是Engel的150噸螺桿和活塞式注塑機，后來采用了往復螺桿式注塑機。直到2000年，Trexel公司在芝加哥的國際塑料博覽會上首次推出其微發(fā)泡注塑成型機的商業(yè)產品。與此同時，許多日本、歐洲和韓國等國家的公司也一直致力于微發(fā)泡注塑成型工藝的開發(fā)。目前以Trexel公司的Mucell®為代表的超臨界流體制備聚合物微發(fā)泡材料技術已經得到了廣泛的認可，許多世界知名的設備和原料廠商都購買了這種技術的專利使用權，包括Arbug、Demag、Engel、Milacron、Husky、Krauss Maffei、Battenfeld、Dupont、JSW、Toshiba等知名公司和企業(yè)?？梢哉f，微發(fā)泡注塑成型技術正在由單純的理論和實驗研究轉向成熟的商品化開發(fā)。盡管這個階段經歷了將近20年的時間，但這種商業(yè)化開發(fā)的模式及其成功經驗預示著新的加工技術在今后要實現(xiàn)產業(yè)化將變得越來越容易。正如微發(fā)泡技術的創(chuàng)始人MIT的Nam P. Suh教授所說，這種技術絕非僅僅是能夠節(jié)約材料那么簡單，其所帶來的各種益處將在今后各種應用中逐步體現(xiàn)出來。這種技術的成功開發(fā)，可以說是高校和產業(yè)界攜手合作的典范。實踐證明，只要在一個經過嚴格論證的框架下進行合作，研究單位和產業(yè)界都能夠從類似這樣的合作中獲益。

微發(fā)泡注塑成型制品的主要特點是在基本保持制品原有力學性能的基礎上減輕重量。同時，由于制品內部幾乎沒有任何殘馀應力，因此制品的翹曲和變形可以得到很好的抑制。而且，由于能有效地防止收縮痕，因此對制品壁厚均勻度的要求大大降低，從而為制品設計提供了更大的空間。

從理論上說，幾乎目前所有的非結構性塑料制品和一部分結構性塑料制品都可以采用微發(fā)泡注塑成型工藝制備。但考慮到市場需求及經濟性等因素，目前美國、日本等國家所開發(fā)的微發(fā)泡注塑制品主要集中在汽車及內部裝飾材料、電子電器產品、醫(yī)用產品等領域，如汽車進氣歧管、保險盒、發(fā)動機罩、電器開關、電器控制模塊、薄壁容器、醫(yī)用注射器等。

特點及優(yōu)勢

與常規(guī)注塑成型制品的比較

對國外現(xiàn)有采用Trexel公司專利的微發(fā)泡注塑成型機進行分析及相關的數(shù)據(jù)比較可以看出，與常規(guī)的模塑制品相比，除去購買許可證和增加設備的投資以外，微發(fā)泡模塑制品的平均成本可降低16%-20%。而這主要通過四個方面實現(xiàn)：

1. 微發(fā)泡注塑循環(huán)周期可減少50%，從而降低了加工成本。同時注塑制品的下腳料比例降低，設