传统的注塑成型在减少壁厚方面已到达极限。先进的薄壁技术必须能够在节省材料和能源的同时不影响机械性能和美观性。

在位于瑞士奈菲尔斯的薄壁包装应用中心，塑料供应商SABIC和注塑机制造商Netstal结合了他们在辅助材料和加工技术方面的优势，致力于将注射压缩成型(ICM)技术转移到薄壁包装市场。它为用更小的注射压力、更低的锁模力和更短的周期时间进一步实现减量化和轻量化带来了重要机遇。它还满足了监管方、品牌商和消费者对包装解决方案提出的越来越多的需求，这些解决方案需要在减少浪费的同时提供极高的产品安全性、吸引人的外观以及循环潜力和经济性。

一、材料的多样性使转移更复杂

注射压缩成型在汽车和光学等应用中已经是一种常见的技术，但是由于材料类型、模具和机器设置存在差异，将其转移到薄壁包装应用仍具挑战性，因为需要解决应用的广泛多样性以及包装中的部件结构问题。举例来说，食品和非食品级的塑料桶以及奶制品、肉类、蔬菜、冷藏和冷冻产品的容器等都需要高度定制的集成方法。

这些领域常用的材料是PP均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物，它们具有MFR 50(g/10min)及以上的高熔体流动速率。ICM应用领域的材料开发侧重于消除这种粘度限制并支持使用MFR 20及更低的聚合物。

除了材料之外，注塑机也起着关键作用，因为它必须确保工艺快速、可靠、可重复并且操作直观、安全。

Netstal机器的aXos Control系统能够引导快速设置工艺参数，这是实施高性价比的薄壁包装ICM解决方案的关键。为了进一步优化工艺，合作伙伴还购入了一种注塑模具用于研究。它拥有薄壁应用的典型设计特点并具有可变壁厚。装在不同位置上的模内传感器用于评估ICM与标准注塑成型的需求。这种集成方法旨在通过材料、设备和设计指南最大限度地提高ICM模制包装应用的减薄和减重潜力。

薄壁包装的应用空间以极高的流长与壁厚比为主。这一比值有进一步提高至1:350及以上的趋势，但却超出了标准注塑成型的极限或降低了包装应用的机械性能。与之相反，ICM技术能够利用压缩冲程来提供进一步减小壁厚或适应更长流程的方法(图1)。

与标准注塑成型相比，该技术在成型周期中增加了一个压缩步骤，使薄壁包装应用能够进一步降低壁厚并减轻重量。该模具配备一个特殊的压缩框架，它使注射流程能够在模具仍略微打开时开始。这就是所谓的压缩间隙。然后，熔体开始填充模腔，同时，在定时的基础上执行压缩冲程来闭合间隙并完全填充部件。额外的压缩步骤并不会增加额外的周期时间。

二、减重高达30%

在奈菲尔斯的薄壁包装应用中心进行的实验表明，该工艺与适当的材料、优化的模具和应用设计相结合能够产生显著的效益。从航空公司机上餐饮的水杯案例可以发现，与注塑成型相比，该技术能够降低高达50%的注射压力，因此有可能将壁厚和重量减少20%。

从更多的细节来看，杯子的壁厚在标准注塑成型时最多可减少到0.35mm，而ICM工艺有望将其减少到0.28mm。标准注塑成型的杯子重6.5克，注射压缩成型的杯子重5.2克。杯子在装着饮料时，1.3克的差异可能不算太大，但从制造航空杯的材料消耗来看，使用四腔模具每年可节省40吨的材料。其他改进还包括更高的顶部载荷和抗冲击性以及使用具有更低MFR的材料的可能性(图2)。

Netstal在Fakuma 2015期间展示了其ICM技术的首个工业应用，他们在展会上使用了一个用于生产人造黄油包装桶的4+4叠模。该技术的优势——更低的锁模力要求(更小的机器)、减少20%的重量和延长模具的使用寿命——在如今仍然适用。随着材料和工艺控制的进一步发展，壁厚甚至能够减少高达30%，并且使用更小的机器也可以显著节省能源。

该表对一个通过8+8叠模制造ICM盖子的应用的锁模力降低、重量减少和材料节省潜力进行了总结。除了降低注射压力和减轻重量等较为明显的优势外，该技术还降低了压应力，因此能够最大限度地减少翘曲并获得更平的盖子，这也被视作是一个重要的质量特征。

通过这次合作，Netstal推出了新的机器和工艺控制功能。它们已可供包装客户和模具商使用，并且解决了如何最大化利用ICM技术的控制需求。

为了正确设置ICM工艺参数，用户还需要一些传统注塑机的控制装置通常不提供的功能。在aXos控制系统中，Netstal提供了多个界面用于ICM特定参数的选择和设置，例如：所需的锁模力(图4)。

注塑机通常被设计为在模具闭合时施加并保持均匀的锁模力和锁紧力。ICM工艺的闭模顺序略有不同(图1)，这就需要用到定制的控制功能。因此，一种特殊的生产模式(aXos控制系统中)根据后台中ICM工艺的要求进行了更改。更改后的控制机制使机器用户能够将压缩速度提高多达30%。

三、关键工艺值和安全性

此外，新开发的时序图(图5)能够帮助用户看清可自由选择的参数的关键工艺值，从而确定其特定应用过程中的最佳设置。其中，该功能可根据材料和压缩间隙来控制部件的填充性能。没有ICM的工艺将无法在机器的注射压力范围内使用PP FPC45等材料来填充部件。

另一个新开发的控制功能解决了ICM的工艺安全问题。如果机器需要运行ICM工艺，那么注塑机标准控制系统内含的安全策略将无法满足需求，因为没有可用的功能来监控压缩间隙处的力。Netstal公司的ICM控制系统中的模具保护功能可用于监控压缩间隙处的力直至压缩阶段完成，这也意味着机器能够安全地检测到夹住的部件。

注射压缩成型为薄壁应用的减重以及材料、能源和成本节省提供了巨大的潜力。SABIC和Netstal的合作表明，当价值链合作伙伴将他们的优势结合起来提供优化的材料、机器和工艺控制解决方案时，该技术将加速向薄壁包装转移。

来源:塑库网