大型水处理设备塑料制品，如环保水箱重量大、壁厚厚。采用常规高压注塑工艺加工，由于注塑压力大、保压时间长，产量低、能耗高;产品内应力大，变形严重，产品易开裂，装配存在问题。国外经验，厚壁塑料产品应该采用低压发泡注塑技术加工。HDPE材质的大型厚壁水处理产品开发过程涉及模具开发、加工工艺确定、产品评估和验收等内容，为其他水处理塑料产品的开发提供思路。

　　开发背景：高压注塑技术是国内常见的塑料制品加工技术，应用经验丰富，注塑机为普通高压注塑机。高压注塑技术即热塑性塑料经注塑机加热成热熔胶，被注塑机推料螺杆以较高压力注射进模具腔内，再经冷却、保压、成型的加工技术。高压注塑产品的开发过程包括产品造型、模具开发、试模、加工参数确定和量产。由于注胶、冷却和保压过程压力高，产品被模腔高压包裹，产品造型需要充分考虑拔模斜度，以便于拔模，影响产品功能;注塑材料存在收缩性，模具应根据材料收缩率放大来确保产品整体尺寸符合要求，但加强筋位置缩水不能改善。经验表明采用高压注塑技术加工薄壁小型产品是可行的。

　　但采用高压注塑技术加工壁厚大于6mm的HDPE环保水箱产品，由于材料收缩率大，产品变形严重;模具抽芯距离长，拔模斜度大，产品壁厚不均;产品内应力大，容易开裂，无法获得满意的产品。 寻求合适的注塑加工技术是厚壁HDPE水处理产品的关键。

　　国外采用发泡技术注塑加工厚壁塑料取得成功，产品尺寸和形状饱满、内应力小、缩水消除、变形小、重量降低、强度增加。

　　发泡技术有低压化学发泡注塑技术、多通道注塑发泡注塑技术和物理发泡注塑技术等。低压化学发泡注塑技术，即热塑性塑料中添加AC或小苏打化学发泡剂，低压注胶成型技术;为缩短注射距离，降低注塑机尺寸，开发多通道低压注塑机注塑加工发泡产品;物理发泡技术，注塑机采用专用螺杆，添加超临界气体，注塑加工发泡产品，该技术在国外得到迅速推广，逐渐取代化学发泡技术。

　　由于发泡注塑工业规模小，进口低压注塑机和多通道注塑机价格昂贵，物理发泡技术专利费用高昂，相关技术研发难度大，我国发泡注塑技术发展极为缓慢。国内采用普通单通道高压注塑机，塑料添加发泡剂，螺杆以低压力注胶，注胶结束及时回撤螺杆或安装针阀或锁闭式喷嘴，截断螺杆至模具腔内的压力传递，低背压注塑加工发泡产品。但发泡注塑案例很少，更没有建立完善的应用标准和指导。

　　根据国内注塑机类型和技术水平，大型厚壁HDPE水处理产品采用低压发泡注塑技术加工，其产品造型设计、模具设计、发泡剂选择，以及工艺控制是产品开发的重点。

　　开发过程：大型厚壁HDPE水处理产品开发的目的在于采用低压发泡注塑技术，降低产品收缩率，提高产品尺寸和形状规格，减小变形量，减轻产品重量，并加快产品加工效率。

　　模具设计和应用确保能够实现低压发泡注塑和产品快速成型的要求。

　　1 产品设计

　　产品的壁厚大于6.0mm，其造型应确保热熔胶在模腔内快速流动和各部位壁厚均匀。如图1，壁厚变化部位平滑过渡，热熔胶流动途径部位产品各R角半径最好大于产品的平均厚度;采用低压注塑，不考虑拔模斜度，整体产品壁厚均匀。

　　2 模具设计

　　2.1 收缩率

　　HDPE材料添加发泡剂，采用低压发泡注塑进行实验，结果显示产品收缩率小于0.5%，则模具设计放大0.5%或不放大。

　　2.2 模具安装针阀式热流道及胶口设计

　　厚壁HDPE环保水箱理论重量11.8Kg，平均壁厚大于6.0mm，产品设计尺寸为1000 x300x300mm，热熔胶在模具模腔内的平均流动距离设计为小于400mm，模具共安装8根针阀式热流道，如图2，顶部安装六根单胶口热流道，两侧各安装1根多胶口热流道，各注胶胶口设计为大水口，口径大于10mm。

　　2.3 冷却

　　注胶结束，发泡产品在模腔内应快速冷却，随着温度降低，发泡剂停止分解，产品定型，内应力消除。冷却方式设计为冰水冷却，冷却水管径为12mm。通水冷却时间通过电磁阀控制。

　　2.4 排气

　　低压发泡模具相对于传统高压模具，排气槽应适当加宽。分析热熔胶流动的阻力状态，并根据试模结果在恰当位置设置扎包。

　　3 发泡剂及添加比例

　　根据HDPE材料特性选择合适的AC发泡剂或小苏打发泡剂。AC发泡剂学名为偶氮二甲酰胺，分解温度范围为180°C至210°C，可添加适量氧化锌活性剂，降低AC发泡剂的分解温度，建议添加比例1%-2%。

　　小苏打发泡剂分解温度为210°C至230°C，建议添加比例为2%-4%。

　　采用小型厚壁产品模具进行实验，实验材料配制如表1。

　　发泡剂与HDPE塑料颗粒按比例加入混料机中充分搅拌10分钟以上至混合均匀，备用。

　　采用1200吨普通单注射螺杆注塑机实验，注胶压力设定为30bar，通过比较比较各组分低压发泡产品的泡孔分布状态确定AC发泡剂添加比例不小于1.5%，小苏打发泡剂添加比例不小于2%。

　　4 工艺控制

　　4.1 注胶螺杆温度设定

　　如图3，注胶螺杆温度设定为抛物线状，即炮筒温度中间高，两端低。加料段、压缩段和计量段温度设定为195°C、215°C和195°C，混有发泡剂的HDPE塑料颗粒在加料段开始熔化，压缩段进一步熔化，流动性增强，高温使得发泡剂分解产生气体，均匀分布于塑料熔胶中;计量段温度降低，静态压力增加，气泡被有效保存在熔胶中。

　　4.2 炮筒压力设定

　　加料段、压缩段和计量段实验压力设定为50bar、80bar和40bar至55bar，保证快速注胶。试模过程，螺杆计量段压力由高至低测试，实验确定计量段注胶压力位48bar。

　　4.3 注胶速度

　　设定为最大，总计进料时间小于12秒。

　　4.4 顺序进料

　　控制各点热流道的进料顺序和进胶量是确保产品发泡均匀、产品饱满的保障。如图2，水箱产品顶部6点注胶口由中间向两端距注塑机注胶口距离越远，如不加以控制，热熔胶将会由中间向两端推进，阻力越来越大，模腔内压力分布不均。试模实验表明，通过控制针阀，两端胶口先进料，中间胶口最后进料，能够快速注胶，降低注胶阻力，提高模腔内压力分布均匀性。

　　4.5 模温控制

　　产通过快速冷却，发泡剂停止分解发泡，产品快速定型，内应力消除，同时可提高生产效率。但冷却时间过长，HDPE材料表面完全固化，将增加材料与模具之间摩擦力，不利于拔模动作。

　　4.6 保压

　　注胶结束，通过时间控制热流道针阀关闭，隔离注塑机螺杆对模具模腔的压力传递，模腔背压消除，模腔内压力迅速降低，热熔胶中高压气体析出，气泡体积增大，形成均匀分布的微米级微气泡。区别于高压注塑工艺，不进行保压是低压发泡注塑工艺的重要特点。

　　5 结论

　　通过对HDPE环保水箱尺寸测量、变形状况分析、泡孔结构和分布状况观察、产品减重测算，综合评估低压发泡注塑技用于开发水处理产品的优势如下：

　　(1)产品平整度高，基本无翘曲变形。

　　(2)各尺寸误差均在允许误差范围之内。

　　(3)收缩率小于0.4%，无收缩痕。

　　(4)锯开不同位置，各断面，熔接线位置以外，泡孔分布均匀，发泡层和结皮层界线明显，发泡层约为3.5mm，结皮层约为1.5mm，产品结构强度较高，无论承重还是接头连接强度，均增强。

　　(5)产品减重约18%，整体形状饱满。

　　(6)由于无保压过程，生产效率较普通高压注塑提高3倍以上。

　　总之，低压发泡注塑工艺能够消除厚壁环保水箱等产品的内应力，减少产品变形和收缩，能够保证产品的形状和尺寸要求，确保产品的使用性能。低压发泡技术通过对产品造型和模具的优化设计，试模确定合适的工艺参数，有效控制低压发泡注塑各流程操作，能够高效注塑加工厚壁塑料水处理产品，值得深入研究和推广。