失芯注射成型是一種比較新的塑料注射成型技術，已發展成為專門的注射成型分支。近年來，隨著汽車工業對高分子材料的大量需求，外國公司已采用該項工藝生產許多大型復雜零部件，如輕質的動力系統樣件和進氣歧管等。德國梅塞德斯奔馳公司用失芯注射成型技術制造其1.6L汽車的發動機進氣歧管，福特公司使用杜邦公司生產的Zytel 70G35尼龍材料采用失芯注射成型技術生產尼龍進氣歧管來代替原來使用的鑄鋁進氣歧管。
      目前，失芯注射成型技術主要是采用熔芯法，以Sn-Bi和Sn-Pb等低熔點合金材料為型芯材料，先將其制成型芯后鑲嵌到注射模內，注射成型制品。將含有熔芯材料的制品取出后采用高溫油或感應線圈加熱的方式熔化鑲嵌在制品內部的型芯。但在應用中發現，這種用加熱熔芯的失芯方法有很多缺點，先是低熔點合金不夠堅硬，在注射成型過程中受高壓和高溫塑料熔體的沖擊，型芯很難保持其原有的形狀，不適合注射成型對尺寸精度有較高要求的制品；其次，低熔點合金的熔點對塑料熔體溫度較敏感，雖然其熔點可通過對Sn含量的調整而調整，但總會出現高熔點塑料注射成型時的制品內腔形變和低熔點塑料制品熔芯時受熱而產生的塑性變形及尺寸變化，并且不能成型需要較高模具溫度的制品；再次，熔芯過程復雜，對不同制品需不同形狀的感應線圈，且合金回收工藝非常繁瑣，成本較高。
    針對傳統失芯材料以加熱熔融的方法進行失芯所具有的眾多缺陷，筆者采用耐高溫樹脂為粘接劑、以溶解度曲線上升的礦物無機鹽及其它填料為基體材料，研制成一種新型的水溶性失芯材料。它具有硬度高、耐高溫及失芯潰散性好等優點，可以解決傳統低熔點合金熔芯材料所產生的問題。
I    實驗部分
1 ．1主要原料
    苯酚：優級，北京燕山石化有限公司；
    甲醛：優級，上海金山化工有限公司；
    固化劑：優等品，山東瑞星化工廠；
    礦物鹽、無機填料、其它助劑：市售。
1 ．2 主要設備、儀器
    注塑機：BA950/500型，德國巴頓菲爾德公司；
    模壓機：TDJ70-45型，天津鍛壓機械廠；
    圓盤式破碎研磨機：P13型，德國Fritsch公司；
    混料機：XH-1型，武漢粉體設備制造廠；
    熱失重（TG）分析儀：TGS-2型，美國PE公司；
    液壓萬能試驗機：WE型，長春試驗機廠。
1．3試樣制備
    先制備粘接劑，其制備工藝流程如圖1所示。

    將礦物鹽、粘接劑及其它填料和助劑分別研磨、過篩后，按一定的配比混合倒入壓縮試樣模，在模壓機上壓制成型，得到失芯材料壓縮試樣。成型工藝為成型溫度（170士15）℃、成型壓力（5土2) MPa,保溫時間（5 ±3) min,壓制成型的試樣尺寸為30 mmx15 mm x10mm。
1．4性能測試
    壓縮強度按GB/T l041-1992測試，試驗速度2mm/min：
    TG按ASTM-E1131測試，升溫速率10`C/min，空氣氣氛；
    密度按GB1033-1986測試；
    線脹系數按GB1036-1989測試。 [-page-]
2   結果與討論
2. 1研磨對失芯材料性能的影響
    失芯材料在注塑過程中要承受高壓注射時熔融樹脂所產生的壓力，因此壓縮強度是失芯材料的一個極為重要的性能指標。表1為未研磨及經過研磨過篩的失芯材料的壓縮強度，未研磨及經過研磨過篩的失芯材料壓縮試樣外觀見圖2。

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    由表1可以看出，未研磨的失芯材料壓縮試樣的壓縮強度測試數值分布不均，離散性較大；而經研磨過篩后的壓縮試樣的壓縮強度測試數值分布均勻且大于前者。
    由圖2可以看出，未研磨的失芯材料壓縮試樣的表面顏色不均，有斑點狀粘合劑，試樣邊角及內部存在的礦物鹽顆粒大小不均；而經過研磨過篩后的壓縮試樣的外觀色澤、顆粒大小均勻一致。這是因為未經研磨的粘接劑顆粒與礦物鹽顆粒大小不一，混合均勻性差，終形成較大的樹脂聚集體鑲嵌在失芯材料試樣表面及內部，影響了粘接劑的粘接性能，導致壓縮試樣的壓縮強度下降。而經過研磨過篩后，粘接劑顆粒的粒徑變小，加溫固化后形成了連續的樹脂膜包覆著礦物鹽，提高了壓縮試樣的壓縮強度，比未研磨時提高了63 %。
    另外粒徑較小的粘接劑可以使失芯材料的熱膨脹均勻地釋放，因而采用研磨工藝后，不僅可以提高失芯材料的壓縮強度，也可降低失芯材料的線脹系數。
2.2 潤滑劑對失芯材料性能的影響
    在實驗中發現，通過向失芯材料中添加適當的潤滑劑，可增加失芯材料顆粒間的流動性、提高試樣表面光澤，對失芯材料的強度也有影響。表2為潤滑劑對失芯材料壓縮強度的影響。由表2可以看出，添加潤滑劑后失芯材料的壓縮強度比未添加時提高了20%。這主要是因為潤滑劑降低了失芯材料顆粒間的摩擦力，改善了顆粒間的流動性，使顆粒排列得更加緊密，彼此間的接觸點增多，使顆粒間形成的支撐結構更加穩固，在相同成型工藝條件下，獲得更大的密實度；而粘接劑在制芯過程中，因顆粒彼此間隙減小，使粘接劑在軟化時被擠壓成更薄的樹脂膜，包覆基體顆粒的效果更好，提高粘接劑的使用效率，所以添加潤滑劑后，失芯材料的壓縮強度有較大提高。

    2.3 粘接劑含量對失芯材料性能的影響
    新型水溶性失芯材料要求在提高材料強度的基礎上盡量縮短失芯時間。通過實驗研究，粘接劑含量對失芯材料性能有較大影響，通過調整粘接劑的含量，可使新型水溶性失芯材料的壓縮強度與失芯潰散性能達到較好的平衡。
    圖3為粘接劑含量對失芯材料性能的影響，表3為粘接劑含量對失芯材料失芯效果的影響。由圖3可以看出，失芯材料的壓縮強度隨著粘接劑含量的增加而增大。但由表3可以看出，隨著粘接劑含量的增加，材料的失芯時間也隨之延長，失芯效果也各不相同。

    由圖3和表3可以得出，當粘接劑質量分數為3 %～6％時，失芯材料既有較高的壓縮強度又有較好的失芯效果，使水溶性失芯材料的壓縮強度和失芯潰散性能得到較好的平衡。 [-page-]
2. 4失芯材料的熱性能
  對失芯材料進行TG分析，用以檢測當高溫熔體注射進人模具時，失芯材料的受熱情況。其結果見圖4和表4。

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    由圖4和表4可以看出，失芯材料在350℃以下的質量損失率極低。而注塑時，模具溫度將遠遠低于350℃，即使熔體溫度達到或超過350℃，但注塑時熔體受到模具的熱傳導作用將迅速降溫，不會使失芯材料長期處于高溫狀態下而失重。因此，這種新研制的水溶性失芯材料的使用溫度可以滿足目前各類熱塑性塑料的注射成型，遠遠優于傳統低熔點合金（其熔點大多在150～230℃之間）。
2.5失芯材料的使用性能
    針對注射成型工藝特點，使用德國巴頓菲爾德公司的BA 950/500型注塑機，利用增強改性PPS材料注射一個包覆著水溶性失芯材料的模擬制品，用以考核新型水溶性失芯材料在高溫、高壓、高速的苛刻注射工藝條件下的強度、尺寸穩定性、位置偏差等性能。注射成型溫度為300～330℃，模具溫度為150～180℃，注塑壓力為8. 5～9. 5 MPa，注射速度為注塑機大注射速度的90%～100 %。
    經失芯處理后，剖析模擬制品，發現制品內表面粗糙度較低，無殘留物。這說明新型水溶性失芯材料強度能夠滿足苛刻注射工藝的要求。同時由于其收縮率小，經過優化型芯鑲嵌方式后，可保證所需成型制品尺寸的位置偏差控制在±0.5%。
2. 6失芯材料的應用
    某制品內部需要成型半圓型方孔，傳統注射成型方法不能滿足該制品的成型，筆者利用研制的新型水溶性失芯材料解決了其成型問題。圖5為失芯材料制備的半圓形型芯，圖6是含有失芯材料型芯的制品，圖7是經過失芯處理后的制品。制品內孔尺寸及表面粗糙度滿足使用要求。新型水溶性失芯材料可用于成型各種復雜尺寸的中空制品，其主要性能指標見表5

    3  結論
    使用“水溶性”失芯材料替代傳統的“加熱熔融”低熔點合金熔芯材料，不僅使材料成本降低，而且新型失芯材料的綜合性能較高，其壓縮強度可達30-40 MPa，能夠承受高壓注射的熔融樹脂產生的沖擊力。失芯材料的使用溫度可達350℃，能夠滿足目前各類熱塑性塑料的注射工藝要求，遠遠高于低熔點合金。并且失芯材料的失芯處理工藝簡單，成本較低，只需采用簡單的裝置，通入一定溫度和壓力的水，即可使失芯材料完全潰散。因此，利用新型水溶性失芯材料可用于成型各種復雜尺寸的中空制品，與傳統成型方法相比，可有效地降低制品開發成本，提高制品合格率和生產效率。