6.6.1 结构发泡注塑成型
1.结构发泡成型工艺的实质及优缺点
结构发泡注塑成型是把结构发泡塑料注射入型腔，将氮气或发泡剂加入聚合物熔体，形成聚合物与气体的混合熔体。注入模具型腔后其气体膨胀，使熔体发泡而充满型腔。接触低温模壁的熔体中气体破裂，在型腔中发泡膨大，形成表层致密、内部呈微孔泡沫结构的塑件。其工艺系统中有结构发泡塑料、结构发泡注塑机、结构发泡注塑模等。
结构发泡塑料又称低发泡塑料、硬质发泡体或合成木材。所谓结构发泡塑件就是指发泡倍数为1～2倍，在塑料中加入发泡剂，采用特殊要求的注塑机、模具和成型工艺所成型的塑件。
常用的注射结构发泡制品的材料有聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺和ABS等。此外，含玻璃纤维的聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚酰胺等，可用于制造增强的结构发泡塑料件。
与普通注塑一样，结构发泡塑件注塑成功与否主要取决于合适的注射速度（注塑时间）、注射压力、注射温度（熔体温度）、型腔温度以及模具结构等。除此之外，相关的因素是发泡剂的性质、发泡剂在熔体中分散的程度、发泡孔的最终尺寸及分布的均匀程度、气泡的增长过程、增长速率等，因为这些因素都将影响到皮层和心部的结构状态，最终会影响到塑件的力学性能。
泡孔的形成过程大致分为三个阶段：泡孔的形成→泡孔的增大→泡孔的结合或稳定（见图6-37）。
结构发泡注塑模有以下几种：
（1）高压法结构发泡注塑模包括两种类型：
1）木纹化模塑法结构发泡注塑模。将塑料完全充满型腔，发泡率极低，一般为1.1～1.2。用一般的注塑机稍加改进即可。模具设计和工艺要求比较复杂，如配合不当，不能得到良好的木质纹理塑件。
图6-37 泡孔形成阶段
2）二次开模法结构发泡注塑模。要求注塑机设有二次移动模板的机构，当熔融塑料注满型腔后，瞬间移动模板，模具开模一小段距离，使心层发泡，得到低发泡塑件，发泡率可调节。
（2）低压法结构发泡注塑模 塑料以高速高压注入整个型腔容积的75%～80%，靠塑料在型腔内发泡而充满型腔。低压法要求注塑机喷嘴带有阀门并能够密封，才能达到较好的效果，低压法成型的塑件泡孔均匀，但是表面粗糙。
（3）双组分（夹心）注塑法结构发泡注塑模 单组分发泡注塑（高压法、低压法）尽管可以节省20%～30%的塑料，但是对于大型塑件价格还是很高。而采用双组分时塑件内心可以掺用下角料、填料、废料、纸、碳酸钙等，这样可以大大降低成本。此类注塑模的结构有相继注塑法结构发泡注塑模、同心流道注塑法结构发泡注塑模。
结构发泡塑件的优点：①表面平整无凹陷和挠曲，无内应力；②具有一定的刚度和强度，外观近似木材，与木材相比具有耐潮湿、成型加工简便等优点；③相对密度小，比一般塑料的密度小15%～50%。
因此，在国外，结构发泡塑件广泛地应用于家具、汽车、电器部件、建材、仪表外壳、工艺品框架、乐器和包装箱等方面。
结构发泡塑件的缺点：①表面粗糙；②颜色不鲜艳。为了得到理想的结构发泡塑件常需进行表面处理，如涂漆等。
2.模具设计要点
结构发泡注塑模具的总体结构，与一般注塑模具并无显著差别。但此类模具设计时，有以下几方面必须考虑：
（1）主流道 主流道应整体开设在主流道衬套内，并且比一般注塑模主流道的锥度大6°～7°，小端直径比注塑机喷嘴孔径大0.7～1.0mm，最大长度不超过60mm。出口端向分流道接口处，应有较大的过渡圆角，常取出口端的半径。这种粗而短又有圆角过渡的主流道设计，有利于快速充模。
（2）分流道 分流道采用比塑料件壁厚大的圆形或梯形分流道，以尽可能减少熔体的压力损失和热散失。分流道直径应在10～20mm范围内选取，视塑料件体积和充模速率而定。
（3）浇口 最好采用直接浇口或侧浇口。潜伏式浇口和其他小浇口，只限于小型塑料件。浇口断面尺寸不能太小，以免妨碍高速充模。但分流道直径为20mm时，浇口直径不得小于6.5mm，从分流道向浇口过渡应有4.5～5.0mm的大圆弧，以减小浇口对料流的节流作用。浇口长度应尽可能短，一般在1.5～3.0mm之间。浇口断面尺寸随塑料件壁厚增加而增大，一般在塑料件壁厚的0.3～0.5倍范围内选取。对于表面易产生卷曲形纹理的发泡塑料件，其浇口位置的选择应尽可能使充模流动呈平行分布，为此，采用平缝侧浇口或多点侧浇口。通常浇口应开设在塑料件壁最厚部位，并使熔料流至型腔最远处各点的距离大致相同。此外，浇口的开设，应使塑料件的受载荷部位不形成熔合缝和卷入空气。
（4）型腔排气 结构泡沫注塑模的排气系统具有特别重要的意义。这不仅由于型腔容积大，而且还由于发泡剂分解释放大量残余气体。因此，这类模具须有更大的排气通道。沿着型腔的分型面的周边应均匀分布排气槽，它们之间相距50mm。排气槽高度0.07～0.08mm，必要时个别排气槽高度可增至0.25～0.30mm，排气槽宽度12mm左右，气流方向的排气槽长度可达6mm。
（5）模具温度 均匀且可控的模温，有利于获得良好的泡孔结构和均匀的皮层。由于结构泡沫件的厚度大，流道粗大，因此冷却系统设计要提高冷却效率。如采用导热性能较好的铍铜模具，可保证冷却介质在管道内处于湍流状态。