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本发明涉及一种由树脂和惰性气体组成的中空树脂制品和模塑成型这种制品的方法，这种中空树脂制品能够有光滑的内壁及均匀通径的气道。本发明由树脂和压缩惰性气体组成，其中，熔融树脂的体积为模具型腔容积的30％-99％，压缩惰性气体的体积在常温20℃、常压1个大气压状态下为熔融树脂体积的0.1-50倍。本发明的优点是通过在熔融树脂被注入到模具型腔之前向熔融树脂中注入定量的压缩惰性气体，然后将包含有压缩惰性气体的熔融树脂注入到预压的模具型腔中，从而获得具有光滑内壁且通径均匀气道、以及气道部位壁厚均匀的制品，进一步拓宽气体辅助注射成型的应用范围。根据本发明的方法所制成的中空树脂制品，不但具有常规气辅成型的优点，例如良好的表面质量，低应力，质量轻等优点，而且能够获得内壁光滑且通径均匀的气道结构以及气道部分壁厚均匀的制品。

1.  一种中空树脂制品，由树脂和压缩惰性气体组成，其特征是，熔融树脂的体积为模具型腔容积的30％-99％，压缩惰性气体的体积在20℃、1个大气压状态下为熔融树脂体积的0.1-50倍。

2.  根据权利要求1所述的一种中空树脂制品的模塑成型方法，其特征是，包括下列步骤：
1)塑化预定量的树脂，并储存在一个储料空间内，所述预定量树脂的熔融体积是模具型腔容积的30％-99％之间；
2)向步骤1)中所述储料空间中的熔融树脂注入压缩惰性气体，注入的压缩惰性气体的量是在20℃和1个大气压的条件下的体积是所述预定量树脂的熔融体积的0.1至50倍之间；
3)向密封的模具型腔中预填充压缩气体，使型腔中的压力升高至在1MPa-10MPa之间的一个预定值；
4)然后将步骤1)和2)所准备的熔融树脂和惰性气体一同注入到模具型腔中；
5)控制3)中所述压缩气体在型腔中压力以一个在0.1MPa/秒到1MPa/秒范围之间的一个压降速度下降，直至降到1个大气压；
6)冷却，打开模具，取出制品。

3.  根据权利要求1所述的一种中空树脂制品，其特征是，所述的压缩惰性气体是氮气或二氧化碳或氮气和二氧化碳的混合物。

4.  根据权利要求2所述的一种中空树脂制品的模塑成型方法，其特征是，在步骤3)所述的压缩气体是氮气或二氧化碳或空气。

5.  根据权利要求2所述的一种中空树脂制品的模塑成型方法，其特征是，在步骤3)所述压缩气体是从模具型腔中最后被熔融树脂填充的部位被引入到型腔中。

6.  根据权利要求2所述的一种中空树脂制品的模塑成型方法，其特征是，在步骤2)向步骤1)中所述储料空间中的熔融树脂注入压缩惰性气体，注入的压缩惰性气体的量是在20℃和1个大气压的条件下的体积是所述预定量树脂的熔融体积的10至30倍之间。

一种中空树脂制品和模塑成型方法
技术领域
本发明涉及一种由树脂和惰性气体组成的中空树脂制品和模塑成型这种制品的方法，这种中空树脂制品能够有光滑的内壁及均匀通径的气道。
背景技术
用于注射成型中空制品的气体辅助注射成型方法是一种已知的注塑成型技术，是将高压惰性气体注射到塑料熔体芯部以成型中空截面，并辅助推动熔体流动，并用气体压力进行保压的一种技术。可以获得低残留应力、无表面缩痕的制品。这些已公开的气体辅助成型方法中，如美国专利US4101617揭示的一种短射气体辅助注塑工艺，以及美国专利US4923666揭示的一种满射注射气体辅助注塑成型工艺，以及中国专利申请CN200510024497.1所揭示的一种溢料井气辅注射工艺，采用的方法均是先将熔融树脂注入到模具型腔中，然后通过安装在机筒上的特殊注塑喷嘴或模具中的气针将压缩气体(主要是氮气)引入到型腔中熔胶中，在保压和冷却后，将气体快速排放。采用这些已经揭示的技术，生产中空零件时存在的不足：其一是，由于在压力下，一部分氮气会溶解到未凝固的熔胶中，当快速排气时，气道周围的小量未完全凝固的塑料将被溶解到其中的氮气释出发泡，从而使气道的内壁不光滑；其二是，由于压缩气体(氮气)是在熔胶被注入到型腔之后才开始注入，此时，制品表面开始或已经凝固；但是由于模具对制品冷却会存在不均匀性，致使气道的走向存在不确定性，即气道的通径会有很大的变化；其三是，不能用于后续包胶操作，其原因是中空部位气体被排出后，在包胶温度和压力下气道壁可能塌陷。这些不足之处限制了气体辅助注射技术在一些产品上的应用，例如三维形状的流体管、较大平面的厚壁件、以及包胶件等。
发明内容
本发明目的是根据上述现有技术中出现的问题，提出一种全新的气辅中空树脂产品及其制作方法，这种中空树脂制品能够有光滑的内壁及均匀通径的气道。
本发明目的实现由以下技术方案实现：
本发明产品为一种中空树脂制品，由树脂和压缩惰性气体组成，熔融树脂的体积为模具型腔容积的30％-99％，压缩惰性气体的体积在20℃和1个大气压状态下为熔融树脂体积的0.1-50倍；其生产方法包括下列步骤：
1)塑化预定量的树脂，并储存在一个储料空间内，所述预定量树脂的熔融体积是模具型腔容积的30％-99％之间；
2)向步骤1)中所述储料空间中的熔融树脂注入压缩惰性气体，注入的压缩惰性气体的量是在20℃和1个大气压的条件下的体积是所述预定量树脂的熔融体积的0.1至50倍之间；
3)向密封的模具型腔中预填充压缩气体，使型腔中的压力升高至在1MPa-10MPa之间的一个预定值；
4)然后将步骤1)和2)所准备的熔融树脂和惰性气体一同注入到模具型腔中；
5)控制3)中所述压缩气体在型腔中压力以一个在0.1MPa/秒到1MPa/秒范围之间的一个压降速度下降，直至降到1个大气压；
6)冷却，打开模具，取出制品。
所述的压缩惰性气体是氮气或二氧化碳或氮气和二氧化碳的混合物；在步骤3)所述的压缩气体是氮气或二氧化碳或空气；在步骤3)所述压缩气体是从模具型腔中最后被熔融树脂填充的部位被引入到型腔中；在步骤2)向步骤1)中所述储料空间中的熔融树脂注入压缩惰性气体，注入的压缩惰性气体的量是在20℃和1个大气压的条件下的体积是所述预定量树脂的熔融体积的0.1至50倍之间；
本发明的优点是通过在熔融树脂被注入到模具型腔之前向熔融树脂中注入定量的压缩惰性气体，然后将包含有压缩惰性气体的熔融树脂注入到预压的模具型腔中，从而获得具有光滑内壁且通径均匀气道、以及气道部位壁厚均匀的制品，进一步拓宽气体辅助注射成型的应用范围。根据本发明的方法所制成的中空树脂制品，不但具有常规气辅成型的优点，例如良好的表面质量，低应力，质量轻等优点，而且能够获得内壁光滑且通径均匀的气道结构以及气道部分壁厚均匀的制品。
附图说明
附图1-本发明工艺流程框图；
附图2-本发明所用设备示意图；
附图3a-一种本发明产品示意图；
附图3b-附图3aA-A剖示图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明特征以及相关技术特征作进一步详述，以便同行业技术人员更加理解本发明。
如附图2中的标号分别表示：1a-定模部分、1b-动模部分、2-形成中空制品的模具型腔、2a-浇道系统、3-密封圈、4-型腔背压压缩气体引入口、5-型腔背压压缩气体压力调节装置、5a-排气通道、5b-型腔背压压缩气体源入口、6-截止式注射喷嘴、7-止逆环、8-储料空间、9-定量注入的压缩惰性气体、10-压缩惰性气体引入气针、11-压缩惰性气体计量和注入装置、12-压缩惰性气体源引入口、13-塑化螺杆、14-塑化机筒、15-树脂上料斗、16-塑化和注射动力装置。
实施例1
生产一种三维管件，直径为16毫米，折成直线长度为740毫米，模具闭合后的型腔容积为148.8毫升。材料选用聚丙烯(PP)；注塑机采用250吨锁模力注塑机。螺杆13为常用的尖稍后带止逆环7的机构，机筒14内径为55毫米，喷嘴为气动驱动的针阀式喷嘴6。在机筒与喷嘴的连接处设置一个注气气针10，该气针10为气动控制的开关阀结构。气针10与一个流量控制器11连接。流量控制器11采用已经公开的实用新型专利ZL200620049021.3中所揭示的流量控制系统，但对控制程序进行更改，使其能够显示每个周期的在常温20℃和常压1个大气压条件下的注入体积量。该流量控制系统与压力为35MPa的压缩惰性气源12连接。
根据产品，设置一副模具，由定半模1a和动半模1b组成，动半模1b和定半模1a闭合后形成一个成型制品的型腔2，由浇道系统2a使型腔2与注塑机的注射喷嘴6连通以引入熔融树脂等，型腔2由密封材料3，例如橡胶密封圈，充分密封，以便能向型腔注入压缩气体建立和控制型腔内的压力，在型腔中预计熔融树脂最后填充的部位开设压缩气体的引入口4，该引入口4进一步通过型腔背压压缩气体压力调节装置5与压缩气体源5b连接，型腔背压压缩气体压力调节装置5另外设置排气通道5a将从型腔2中的排出的气体导出，在向型腔中注入熔融树脂和压缩惰性气体的混合物之前，向型腔中注入压缩气体，例如，氮气、二氧化碳、或空气，使型腔中建立1MPa-10MPa之间的一个压力，在注射过程中，通过压力调节装置5，使型腔中的气体压力以0.1MPa/秒-1MPa/秒的压降速度下降，直至降低到一个大气压；先将聚丙烯粒料由上料斗15输送到塑化机筒14和塑化螺杆13之间的空间，通过塑化和注射动力装置16的驱动螺杆13转动，和机筒14外部加热元件加热，塑化预定量的树脂料并输送到储料空间8中，储料空间8由截止式喷嘴6和螺杆13上止逆环7限定，通过在注塑机上设定注射后螺杆13停止位置和塑化后螺杆13停止的位置来确定，使每次塑化的树脂的熔融体积在型腔2的容积的30％-99％之间；然后，打开压缩惰性气体引入气针10，通过压缩惰性气体计量和注入装置11，将定量的惰性气体注入到储料空间中的熔融树脂中，在熔融树脂体中间形成压缩惰性气体空间9，计量注入的压缩惰性气体的体积在常温20oC和常压1个大气压条件下为预定量树脂的熔融体积的0.1-50倍之间，当预定注入的惰性气体含量注入完成之后，关闭注入气针10，等待指令将储料空间中的熔融树脂和压缩惰性气体9注入到成型模具的型腔之中。
在本实施例中，具体地将注塑机螺杆13塑化停止位置23.8毫米和每次注射终止位置5毫米设定于注塑机的操作控制系统中，即每次塑化和射出预定量树脂的熔融体积为44.66毫升，相当于型腔容积的30％，存在储料空间8中。在塑化和注射的动力装置16的驱动下塑化到位停止后，开始通过注气气针10以每分钟30升的速度注入常温常压条件下体积为0.9升的高压氮气，即相当于预定量树脂的熔融体积的20倍。当压缩惰性气体注射完成后，关闭气针10，注入的压缩惰性气体9聚集在储料空间8中熔融树脂之中，等待注射。将两个半模闭合后，向型腔2中通入氮气，使型腔中建立10MPa的背压，与此同时，打开喷嘴6，用33MPa的胶压(或30巴的注射油压)将熔胶推出。注射到位后，将注射喷嘴6关闭。注射开始后，控制型腔2中压缩氮气压力以1MPa/秒的速度下降，直至降到一个大气压。而熔胶中的氮气压力推动熔胶完全填充型腔2。熔胶注射完毕，即螺杆13到达设定终止位置后，关闭截止式喷嘴6。制品在模具型腔中冷却后，取出，获得中空制品。剖开检查，其中中空孔直径在13.75毫米-13.80毫米之间，气道光滑，外壁均匀。
实施例2
采用相同与实施例1相同的注塑机设备和方法制作与实施例1相同的管件。树脂材料为30％玻纤增强尼龙66，惰性气体采用二氧化碳。对工艺参数如下：
每次塑化树脂的熔融体积为44.66毫升，即相当于型腔容积30％；注入常温常压状况下体积为2.2升的二氧化碳，即接近预定量树脂的熔融体积的50倍；注入型腔中背压气体为二氧化碳，注胶前型腔压力为10MPa，填充过程中型腔中气体压力降速为1MPa/秒；熔融树脂注射压力为88MPa(或80巴油压)；按这种方式制得的管件具有与实施例1相同效果的制品。
实施例3
采用相同与实施例1相同的注塑机设备和方法制作与实施例1相同的管件。树脂材料为30％玻纤增强尼龙66，压缩惰性气体为氮气和二氧化碳的混合气体，体积比为50∶50)；型腔背压气体为空气。工艺参数如下：
每次塑化树脂的熔融体积为80.6毫升，相当于型腔容积的54％；注入常温常压状况下体积为1.2升的氮气/二氧化碳混合气体，相当于预定量树脂的熔融体积的18.6倍；注入型腔中的背压气体为压缩空气，注胶前型腔压力为7MPa，填充过程中型腔中背压气体降压速度为0.8MPa/秒；熔融树脂注射压力为88MPa(或80巴油压)；按这种方式注射获得通经为11毫米，壁厚为2.5毫米的中空制品。
实施例4
采用相同与实施例1相同的注塑机设备和方法制作与实施例1相同的管件。区别是树脂材料选择聚丙烯(PP)，中空惰性气体为氮气，型腔中背压气体为空气；工艺参数如下：
每次塑化树脂的熔融体积为147.31毫升，相当于型腔容积的99％；注入常温常压状况下体积为14.73毫升的氮气，相当于预定量树脂的熔融体积的0.1倍；注入型腔中的背压气体为压缩空气，注胶前型腔压力为1MPa，以0.1MPa/秒的压降速度降低压力；熔融树脂的注射压力为60MPa(或36巴油压)；按这些参数生产的制品，仅有通径为5毫米的气道，气道壁光滑，通径均匀。
实施例5
材料为酚醛树脂注塑料，是热固性材料；中空惰性气体为氮气，型腔中背压气体为氮气。考虑到热固性树脂固化特性，模具温度升高到160℃。工艺参数如下：
每次塑化树脂的熔融体积为104毫升，相当于型腔容积的70％；注入常温常压状况下体积为1升的氮气，相当于预定量树脂的熔融体积的10倍；注入型腔中的背压气体为氮气，注胶前型腔压力为4MPa，以1MPa/秒的压降速度降低压力；熔融树脂的注射压力为100MPa(或91巴油压)。按这些参数生产的制品，获得通径为8.9毫米的气道，气道壁光滑，通径均匀，气道壁厚均匀。
虽然以上已经参照附图对按照发明目的的构思和实施例作了详尽说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，而这种改进和变换仍然应当属于本发明的保护范围。