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氣體反壓技術

(Gas Counter Pressure)

技術內容

氣體反壓法(Gas Counter Pressure Technology，GCP)約在1970年，開始應用於射出成型模穴內形成一預定壓力來改善發泡成品之表面品質，於1980年應用於工業用途，採用氣體反壓模具需有密封設計，射出前，模穴內預先充滿一定壓力之惰性氣體。其技術原理如與射出成型製程中程序如圖1，整體過程：(1) 成型週期開始，合模上高壓將氣體注入模穴中，氣體種類為不易與熔膠反應之惰性氣體；(2) 熔膠射出至模穴中，同時對流動熔膠施予穩定之反向氣體壓力；(3) 氣體於模穴內之出口以壓力控制元件調整模穴內氣體壓力維持固定，直至射出動作結束；(4) 冷卻、開模頂出。此製程在模具內設計通氣體管路，使之可從模具外連結至模穴內，管路所經之處必須有防止漏氣之機構設計與止洩元件；由於反壓壓力對熔膠之流動波前具有反向壓力的效果，故逐漸被應用在產品表面品質與收縮翹曲的改善。居多文獻都是針對GCP與Mucell搭配對於表面品質與減重比的改善，其優點為能降低噴泉流效應以及將噴泉流轉換成柱塞流。

圖1 氣體反壓(GCP)的技術原理與流程圖

需具備的特殊設備

1. 1.         氣體增壓機
2. 2.         氣體壓力感測器
3. 3.         高壓氣體控制閥
4. 4.         高壓氣體控制軟體與系統
5. 5.         模仁的氣密O-ring
6. 6.         射出機噴嘴的Shut-off Nozzle

圖2 需要準備的設備

圖3 Shut-off Nozzle

應用領域

目前最常搭配使用GCP技術的為之前提過的一項技術:超臨界發泡射出成型(Mucell)，主要研究的成果有:

國外

2004年日本京都大學利用CO₂的GCP成功運用於PP與LDPE的射出成型，並從表面分子量降低發現CO₂會些微的溶解於熔膠波前。2006年德國阿亨工業大學-塑膠加工研究機構(IKV)的Michaeli與Cramer等人在PP Mucell製程中加入GCP大量改善銀絲痕的缺陷。2007年Bledzki等人在PC/SCN₂的Mucell成型中使用了GCP讓其粗糙度從23.11μm 降低至0.85μm，產品減重比從12.8%降低至10.2%，且其氣泡的分布更均勻。

國內

國內近期有關GCP的研究以中原大學射出成型研究室的團隊居多，2008年陳與林等人利用GCP抑制Mucell發泡，並量測Mucell混合熔體的流變行為，如圖2所示。2010年陳與許運用GCP與動態模溫的協同，控制Mucell成型的表面品質。2012年陳與施等人運用GCP技術控制射出成型的纖維排向，進而探討加入碳纖之燃料電池雙極板的導電度。

圖4 中原大學-氣體反壓搭配動態模溫控制技術