与传统注射成型机相比，微孔注射成型机的控制系统有数个重大变化。单向喷嘴或者阀浇口与注射之间的顺序控制是保证首先注射、然后再打开止逆元件的重要因素之一。另一个就是多SCF注射器的顺序开关。此外，在螺杆回位过程中，SCF注射器必须是开着的，且打开得滞后一些，关闭得提前一些。对于一些敏感材料，SCF压力设置需要有自适应控制，自动跟上机筒内的熔体压力变化。最需要说明的是，对于短螺杆行程，要采用特殊的SCF计量，即脉冲计量。

　　微孔注射成型的螺杆回位、SCF计量、单向阀开关和注射等动作有特殊的控制顺序。如果只考虑微孔成型的特殊动作，下面讨论几个动作的顺序。

　　（1）单向阀比注射开始时间晚0.5 s左右打开。如果初始注射不能与自动高压物料排放相匹配的话，这是一种已经得到证明、能防止可能的富气体熔体自由对空注射到模具的方法。

　　（2）SCF计量必须在螺杆回位过程中完成。在回位开始后晚1 s左右打开，在回位结束之前关闭。关于SCF计量有几个重要问题。因为在气体注射器刚打开时，高压气体会突然释放，所以，它只能在螺杆建压并开始以设定的螺杆回位速度轴向运动之后打开，而且还要保证SCF能被熔融物料流从SCF计量位置处带走。同样的原因，SCF计量必须在螺杆回位结束之前关闭。

　　（3）保压结束时，单向喷嘴必须关闭，使螺杆开始回位。

　　（4）开模时，单向喷嘴或者阀浇口必须关闭，安全操作。

　　（5）如果机筒上采用多SCF注射器计量，它们必须响应一些重叠注射时间，以与螺杆自洁段长度匹配。如果假设机筒上有两个SCF注射器，注射器设置总的建议如下：

　　①第一个注射器在0.2 D处打开（最小打开位置，D为螺杆大径）。

　　②第一个注射器在2.1 D处关闭。

　　③第二个注射器在1.9 D处打开。

　　④第二个注射器在整个行程的0.8倍处关闭。

　　注射器按时间还是位置关闭，视哪一个先行。上述设置是在自洁段最大长度为2.2 D的情况下设定的。如果没有第二个注射器，自洁段至少还要长4.2 D才能在4. 2D的长度内覆盖整个SCF计量行程。那么，这种螺杆可以设计得自洁段只有2.5 D，节省2 D给额外的混合段，以使SCF更好地分散和混合。

　　SCF计量可能要解决两个问题，一个是压力适应控制；一个是回位时间短时，采用脉动计量。这两种方法都得到成功的商业应用，下面将进行讨论。此外，对于所有微孔螺杆来说，有一个总的SCF计量控制规律。

 　　（1）SCF计量的压力适应控制  这是在螺杆回位过程中压力持续不断地变化时螺杆的特殊控制方法，螺杆回位过程需要这种适应性控制。这种适应性控制能保持SCF计量全过程中的压力差一致。换句话说，也就是SCF计量压力设定随着压力传感器测得的熔体压力变化而动态变化，然后让SCF设定压力随测得的熔体压力变化，高于熔体压力恒定压差。这样，SCF流量就会保持一致，计量流量也一致。

　　 所以，需要开发一种界面控制系统，进行适应性控制。这种界面控制基本上就是完整的一条线或者完整的环路（出SCF装置、返SCF装置）控制恒定的压力（输送压力）。这一压力可以由电动调节器根据SCF装置的压力来控制。电动调节器能够获取SCF入口压力调节器的反馈信号，控制器程序控制维持SCF液体流回路与熔体压力之间的压差。这样，注射器就要重新设计SCF入口和出口以及一个旁路阀。这将在SCF输送系统设计中详细讨论。

　　（2）脉冲SCF计量这种方法成功用于快速回位，即使采用适应性方法，也能尽可能快地稳定SCF计量。这种简单的方法实际上就是利用SCF注射器打开时间的快速脉冲。已经证明将脉冲时间控制得很短能够避免在很短的回位时间内SCF计量量太多。

　　（3）SCF计量设置的总原则  必须开发微孔注射成型特殊软件，控制SCF计量的时间顺序和螺杆回位行程（不是螺杆转动时间）。一般来说，SCF注射器在机筒内达到稳定的熔体压力之前不应被打开。编写微孔注射成型软件有几项原则。准确确定这一打开位置的一种方法是取注射行程和螺杆转动之前位置之差，在螺杆转动开始之前再将这一差值的5%加到螺杆位置上。传统注射成型中的缓冲设置从未用于微孔注射成型，因为微孔成型没有保压过程。一般是在保压的最后阶段出现这种情况；如果没有保压，就在注射结束时出现；螺杆在机筒内稍微向后移动，同时解压缩。之后，在螺杆开始转动之前，解压缩驱动SCF注射器打开位置处的反向槽。反向槽中出现这种情况时，就会在机筒内产生巨大的压力突增，因为反向槽产生了高压，那么，机筒开始建压的速度将

　　快于界面系统中的SCF输送压力。这种情况只发生在反向槽螺杆中，会使SCF计量过程无法控制。不过，只要能够为最佳单相溶液保持最低压力，其他的微孔螺杆也能够承受这种解压缩。

 

　　2003年，美国塑料工业协会发布了《卧式注射成型机夹气工艺推荐原则》（EG-PHIMM）文件。这一指导原则给出了卧式注射成型机夹气工艺的设计、安装和应用的推荐意见。

　　夹气工艺就是将高压气体注入注射成型机机筒、集料器、混合器和喷嘴内熔体中的工艺。将气体混合到聚合物熔体中，并将其保持在一定的压力下，防止其在注射成型机下述任一部件中发泡：机筒、集料器、混合器和喷嘴。同样，将化学发泡剂添加到塑料原料中，然后将其加热和混合。将塑料熔体与化学发泡剂的混合物加热到发泡剂的分解温度，然后释放出气体。之后将塑料熔体与气体保持在一定压力下，避免预发泡。几项主要的括导原则讨论如下。

　　建议在需要之处设置压力释放装置(破裂盘或类似装置)，释放压力，保护注射成型机上一些强度低的部件。

在压力释放处应该设置安全保护装置。在没有报警的情况下释放压力时安全保护装置必须能抑制可能的塑料熔体喷射。

　　夹气工艺总是在机筒内维持一定的压力。建议喷嘴截止动作能主动制动，由于加工的原因，要监控其关闭位置和关闭力。

　　可能的备用监控装置包括但不限于：监控入口压力和截止喷嘴的位置。

　　关于截止喷嘴的一项新规定是其必须设计成关闭位置为默认值，在紧急制动或者突然断电时发挥作用。

　　在卧式注射成型机安全门打开紧急制动时，注射制动器应该能自由向后运动(行程的10％)，释放压力。

　　夹气工艺总是在机筒内保持一定的压力。所以，建议如下：喷射保护(不用工具也能移动)或者非操作一侧是打开着的，而且喷嘴内的熔体压力应该立即释放掉。

　　《卧式注射成型机夹气工艺推荐原则》(EGPHIMM)的安全作用必须满足ANSI／SPIB151．1的所有要求，截止阀除外。

　　在关机之前，微孔注射成型机要清洗含塑料熔体和气体混合物的机筒，然后参考注射成型机厂商提供的维修程序说明进行操作。

 

　　这种成型机用挤出螺杆进行塑化，用柱塞进行注射，也称为两阶螺杆-柱塞注射成型机。尽管这是一种老式设计，但其已被广泛用作橡胶、热固性塑料、结构泡沫、微孔成型和包装的机械，也是微孔注射成型机的一种替代技术。1997年Trexel成功地开发出首台微孔成型用螺杆一柱塞式注射成型机，但其从未用作微孔注射成型的商用机。2000年Shimb。报遭了用螺杆和柱塞成型的微孔发泡结果。Park和他的学生也开发了这种螺杆一双柱塞发泡成型机，并将其称为先进结构泡沫成型机。这不仅是结构泡沫，也是微孔发泡的一个很好的思路。

　　事实上，这种微孔发泡成型方法并不比在线发泡成型复杂，因为保持单相溶液这一要求独立于回位和注射这一往复过程。总的来说，常规螺杆一柱塞成型机用于微孔成型时需要一些改进。

　　在挤出机上加装的SCF注射器必须进行改进。螺杆转动要完成两个功能：将塑料塑化，同时进行SCF计量，产生单相溶液。但是，这种螺杆没有往复的注射和回位运动。这种结构的主要优点是塑化和SCF计量与注射或往复运动完全分开。与注射成型机上的往复式螺杆挤出机相比，这将使这种挤出机的操作更为简单，更加稳定。除了没有快速关闭的螺杆头这一点外，SCF计量结构与往复式螺杆一样。除了没有轴向相对运动外，所有的自洁段、适合于SCF的计量压力曲线的凸起环、快速SCF扩散混合以及均匀的SCF一熔体混合物都与往复式螺杆一样。挤出机机筒可以设计得类似于排气机筒，但仍然需要压力传感器来正确设置SCF计量。将安全装置——破裂盘或者压力释放装置保持在机筒上SCF注射器相同的位置，这一点很重要。带SCF计量的挤出螺杆设计与带SCF、计量的往复式螺杆设计之间的不同之处如下：

　　（1）挤出螺杆的自洁段短，而且沿着机筒轴向不需要多个SCF注射器，因为螺杆和机筒的位置固定不变。

　　（2）SCF计量不必有顺序，其将随着螺杆转动持续同步动作（除了螺杆在等待柱塞注射这一闲置时间内的慢转）。

　　（3）对于挤出机内单相溶液的满注射而言，SCF计量、混合历史相同。所以，不需要为保持单相溶液的均匀性而设置高的背压，由于往复运动，螺杆的速度曲线弥补了这种差异。

　　作为这种成型机的特殊结构，在挤出机下面有一套注射系统（柱塞两侧是双缸，或者在与柱塞同轴处有一个单缸）。那么，往复运动将从柱塞：①向后，在柱塞头前部集料；②向前注射、充模。注射运动由直接与柱塞相连的注射系统提供。将挤出机与柱塞分开的一个关键部件是球阀，球阀使挤出机制得的单相溶液通过球阀积聚在柱塞前。球阀在注射成型机的两个动作过程中关闭，一个是柱塞的注射，在柱塞机筒内产生高压。这种球阀能保护挤出机，没有高注射压力传递到挤出机中的危险。这就是说，挤出机机筒的压力可以设计得低一些，而这是SCF计量所必需的。所以，挤出机内的最高熔体压力可能只有34.5 MPa。但是，柱塞机筒内的压力会高达138 MPa，甚至更高。即使微孔成型要求低的注射压力，一般也都将其设计得与往复式螺杆的注射压力一样。另外，一旦螺杆完成了注射回位，柱塞可能通过稍高一些的压力压缩机筒内已有的单相溶液，这不仅能够保持压力，而且不会使球阀在注射前关闭。此外，球阀还必须有一些辅助力如弹簧力等，在螺杆完成回位和注射开始之后起动即时关闭。

　　柱塞直径可以灵活设计，不需要与挤出机螺杆匹配。对于微孔注塑件而言，柱塞直径可以设计得稍大一些，充分利用微孔成型注射压力低这一优势。如果注射行程一样，那么柱塞直径增加注射量会更大，注射体积流量也比往复式螺杆高。此外，柱塞直径大，注射时间也可以缩短，因为其大大缩短了注射行程。 

　　球阀将挤出机与柱塞腔分开，这样通过柱塞一注射系统的控制装置，积聚些方法可液内的压力可以维持在所需的高位。但是，挤出机螺杆内的压力在螺杆停转后可能迅速下降，其下降得太快可能使SCF计量处与柱塞注射成型机的挤出机螺杆头之间已有的单相溶液预发泡，而预发泡材料是下一步注射所不能接受的。

　　为了解决挤出机闲置期间的问题，有两种方法保护SCF计量处与柱塞注射成型机的挤出机螺杆头之间已有的单相溶液。一种方法是使螺杆以维持其内压力所需的低速不停地转动，另一种方法是在SCF计量注射器上方的挤出螺杆内加一个可靠的中间单向阀。

　　（1）闲置期间螺杆持续转动

　　这种方法已在螺杆．柱塞注射成型机上试验过，需要一些特殊的设置。首先，螺杆必须以一定的速度转动，以保持SCF计量处与柱塞注射成型机的挤出机螺杆头之间富气体熔体区所需的压力。为了避免产生太高的压力，料斗中的物料必须暂时截流，这样螺杆就只压缩机筒内已有的物料。采用这种方法时，不仅维持了压力，而且还有助于已有SCF的剪切、混合以及向熔体中的扩散。缺点是操作步骤复杂，需要改进机器的控制器。

　　（2）加中间单向阀

　　上述讨论的往复式螺杆所用的压力限制元件也能很好地满足这一要求。一旦螺杆停止转动，机筒内的压力会迅速下降，而通过中间阀的漏流会使阀自动关闭。事实上，这种改进是解决这一问题的简单方法，而且也是已经在很多材料应用中得到证明的方法。

　　采用注射成型机的难题是间歇成型，这就使SCF计量成为非连续过程。在加拿大多伦多大学Park实验室开发了一种先进的结构泡沫成型机。根据其结构，这种先进的结构发泡成型机可以称为螺杆．双柱塞式成型机，它有可能解决注射成型时间歇成型的SCF计量问题，因为它将气体溶解过程与注射操作完全隔离开来。其上有一个正位移泵和辅助柱塞，装在挤出机筒与第一个单向阀之间。在这种情况下，单向阀主动制动，挤出螺杆持续转动，还将不断地产生单相溶液，不被注射和模具冷却所中断。如果注射和模具冷却还在进行，那么单相溶液会被储存在辅助柱塞中；然后，制动器将辅助柱塞中积聚的物料排到主柱塞中，阀打开，单向喷嘴保持关闭；此后准备下一次注射，而不中断挤出机进行SCF计量。在主柱塞将物料注入模具中时，阀仍然是关着的，单向喷嘴保持开启状态。其缺点是有附加动作，即物料在柱塞间的传递，而这要花费额外的时间；如果两个柱塞间的压差大，可能会产生两次成核，在模具内产生拉伸的泡孔。另外，多一个柱塞和制动器也会增加设备的成本。

来源：《橡塑技术与装备》2016年14期