CMF | 什么是热固成型—RIM成型工艺

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原创 2017-04-04 Stanley Huang CMF设计军团

 

 

 

 

军团的塑料成型工艺系列已经陆续分享了吹塑成型、热塑成型、旋转成型、注塑成型、压塑成型、浸渍成型工艺六篇文章，它们所用的材料大多属于热塑性材料，如PVC，PE，PP，ABS等常见塑料。而在日常生活中，除了热塑性材料外，热固性材料也有大量运用，例如环氧树脂，橡胶等等。

 

热塑性材料和热固性材料的区别在于，热塑性塑料中分子链都是线型或带支链的结构，分子链之间是没有化学键的，所以加热时可以软化流动。而热固性塑料在固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，形成立体网状结构。热固性材料不仅不能再熔触，而且在溶剂中也不能溶解。

由于热固性的分子链特点，导致热固型材料加热加工冷却后，再加热不会和热塑性材料一样，可以变软重新加工。而且热固性材料在初次加工成型过程中，使用的工艺也与热塑性材料原理截然不同，业内加工热固性材料的方法大多为反应注射成型（RIM）。

 

 

 

 

 

 

RIM简介

反应注射成型

 

反应注射成型（RIM）包括冷固化发泡成型和RIM覆盖模制。两种方法都是将热固性聚氨酯树脂（PUR）注入模具中来成型热固性泡沫，其区别是，一个是发泡成型，另一个则是固体成型。

 

RIM类似于注塑成型，除了使用热固性聚合物，还需要在模具内发生固化反应。这些是低压和冷固化的过程，冷固化发泡成型通常用于室内装饰和运动设备的模塑PUR泡沫产品，而RIM覆盖模制可以生产所有类型的PUR材料，包括泡沫PUR材料。在两种工艺中，PUR的密度和结构都需要选择性应用。

 

RIM与普通注塑不一样的地方是，它是将精确比例的化学品混合物注入模具中进行反应，使得分子链形成立体网状结构。一般模具由聚合物树脂，铸铁或CNC加工的铝制成。通过选择化学成分，RIM模制品还可以生产各类软硬度不同的产品。比如通过发泡剂的运用，RIM可以产生柔性泡沫或刚性泡沫。PUR泡沫也可以通过化学反应，制成具有用于装饰性或功能性的整体表皮。

 

RIM与注塑相似的地方是，生产的部件可以带有纹理，表面印刷时可以做模内装饰。

 

RIM相对于其他塑料成型工艺具有许多优势。例如，可以将诸如胶合板层压件，塑料模制件，螺纹衬套和金属等插入件模制到部件中。其中，纤维增强可以结合到塑料中以提高产品的强度和刚度。这被称为SRIM（结构注塑成型）或RRIM（增强反应注塑成型）。

 

 

 

 

RIM工艺详解

核心技术理解

 

在阶段1中，清洁模具并施加脱模剂。然后将中心插入件和框架放置就位，并且将模具夹紧关闭。反应形成PUR材料的2种成分，多元醇和异氰酸酯存放在单独的容器中。随后将多元醇和异氰酸酯进料到混合注头中，在那里它们在高压下混合。之后将预定量的液体化学品在低压下注入到模具中。当它们混合时，它们开始经历化学反应，生成PUR。

 

在阶段2期间，聚合物开始膨胀以填充模具。模具中，唯一压力来自膨胀液体，因此必须模具必须按要求进行设计，以确保聚合物在其中仍可以在液体状态时均匀扩散。当聚合物膨胀时，流道允许截留的空气逸出，而在注塑口中插入塞子来保证模具中的内部压力正常。

 

在阶段3中，产物会在5-15分钟后脱模，时间根据部件的尺寸和复杂性而变化。模具移除后，需要清洁模具才能准备下一个生产循环。

 

 

RIM工艺详解

 

 

 

 

RIM的分支工艺

RRIM，SRIM，LFI-RIM和RIM-IPN

 

RIM发展多年，已经拥有许多分支工艺。这些工艺分别是针对RIM一些弊端被开发出来的，其核心依旧是RIM工艺。

 

RRIM是在RIM技术的基础上发展起来的，主要是在RIM的原液中加入增强填料。增强填料主要有玻璃纤维、碳纤维和Kevlar纤维，目前玻纤是最廉价，用量最多的填料。舢聚氨酯与RIM聚氨酯材料相比，其弯曲强度、撕裂强度和压缩强度有明显提高、尺寸稳定性增强、耐热和耐化学性提高、硬度增大，但是材料的抗冲击性能有所下降。

 

SRIM技术被开发出来是为了解决增强填料的添加产生的计量、磨耗等问题，这些问题使其种类和添加量都受到了很大限制，比如要求短切玻纤长度小于3mm，添加量在6％之内；锤磨纤维加入量也不超过30％。SRIM技术是先将纤维填料从纤维状制备成毡、网或其他形状预成型体，在模具中预加热，随后采用RIM注射工艺进行注射成型。SRIM技术所用增强填料一般是毡、网或布，使用最多的是连续玻纤毡。该技术可以大大提高增强填料的添加量，其添加量可以达到制件的65％，避免了将填料和原料混合导致计量、磨耗等问题出现。

 

LFI-RIM聚氨酯是以SRIM聚氨酯为基础，将长玻纤在高压浇注机混合头附近切割成1—10cm左右，并在混料腔内浸润、混合，然后注射反应固化。与SRIM技术相比，LFI-RIM工艺不需要在模具中铺设玻纤毡，缩短了生产周期，制品纤维含量调节更方便，提高了生产效率。

 

RIM-IPN是一项利用互穿聚合物网络(IPN)结构在材料中的协同效应的技术，它可以对材料进行增韧或增强改性。反应注射成型互穿聚合物网络技术(RIM-IPN)主要是在聚氨酯反应体系中加入刚性的反应组分，对材料起到内增强的作用。该技术对其他单体组分无影响，不会产生象无机填料增强带来弊端，其主要刚性组分可以是环氧树脂、不饱和聚酯树酯或乙烯基酯树脂，与聚氨酯形成IPN，进而制备RIM制品。

 

 

 

 

给设计师的小TIPS

注意事项

 

❶ RIM的使用很广，模塑的产品尺寸范围可以从迷你产品到非常大的产品（可高达3米），比如鼠标壳和汽车的翼子板。

 

❷ PUR是最合适RIM的材料，因为它可以在一系列的密度，颜色和硬度。 它可以非常柔软和柔韧，也可以生产刚性产品。

 

❸ 与注塑成型的模具相比，RIM模具成本更加低，其中GRP（玻璃钢）模具比铝和钢更便宜。

 

❹ RIM过程中，最好在每次生产过程中都进行预混合，并设定合适注射量来注射PUR，这样不会浪费材料。

 

❺ 在反应过程中，脱气出模具的异氰酸酯是有毒的，有引起哮喘可能性。

 

 

 

在成型工艺系列中，军团曾陆续推出了吹塑成型、热塑成型、旋转成型、注塑成型、压塑成型、浸渍成型工艺六篇文章，有兴趣的童鞋可以点下方图片回顾一下。

 

 

 

 

 

 

 

图文：部分来源于网络，军团整理编辑。

参考文献：

1.Rob Thompson，《Manufacturing Processes for Design Professionals》，出版社: Thames & Hudson，出版年: 2007-11-30

2.翟文, 何金迎, 甄建军,等. 聚氨酯反应注射成型技术及其在汽车工业中的应用[J]. 工程塑料应用, 2015, 43(11):127-131.

3.李俊贤. 反应注射成型技术及材料(连载一)[J]. 聚氨酯工业, 1996(1):36-42.

 

 

 

 

 

THE END

 

 

 

 

 

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