微细发泡注塑成型工艺的关键技术研究(论文)

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微细发泡注塑成型工艺的关键技术研究(论文)

摘要
随着近年来能源的紧缺，导致塑料原料价格不断上升，如何在保证产品性能的前提下来节约塑料原料，是目前研究的-个热点。微细发泡注塑成型就是在这个背景下所开发和研究的-项新技术，该技术通过在塑料熔体中加入超临界的C02或者N2，使得在注塑制品内部形成致密的微孔，大小为5～100m微孔的存在能够大大节约塑料原料，同时使得塑料制品具有较好的机械性能。目前这项技术已被广泛地应用于家用电器、航空航天、汽车等领域。研究表明微孔的尺寸太大，将会造成制品的质量问题，所以如何控制微孔形态以保证注塑产品的质量是该领域的研究方向之-。本文主要从成型工艺角度研究了工艺参数对微孔形态以及对最终产品质量的影响。
本文在经典成核理论的基础上，考虑了超临界气体对聚合物熔体自由能的影响，建立了聚合物熔体和超临界气体二元体系模型，根据单位摩尔体系中质量守恒，以及热力学化学势的计算模型，建立了聚合物熔体的自由能改变数学模型；同样考虑了聚合物和超临界气体两相表面能与纯聚合物表面能的著别，利用混合溶体中的气体重量分数，建立了混合物的表面能计算模型。通过这两者对经典成核理论进行修正，提出了新的微细发泡注塑成型成核理论模型，将该模型应用于发泡体系中，得到了成核速率与饱和压力和溶体温度的关系，以及饱和压力与溶体温度对成核密度的影响。模拟结果与实验数据的比较，证明了基于新模型预测的成核过程与Coiton和Kumar的实验结果有着较好的吻合，从理论上解决了Colton和Kumar的实验结果与经典成核理论不符的问题，表明了新模型比经典成核理论模型更能准确地反映整个成核过程。
在总结前人利用经典微孔长大理论研究微孔形态与实际结果差别较大的基础上，结合数值模拟技术，将新成核模型作为长大模型的基础，对经典微孔长人模型进行修正；同时从扩散率、熔体黏度、表面张力以及聚合物和气体的性质等方面入手，建立了单-相溶体的物性模型，以此建立单-相溶体的物性参数数据库。基于这两项研究，提出了新的微孔长大模型，并以平板零件为例，研究了熔体温度、预填充量、注塑时间、冷却时间、超l临界气体含量等工艺参数对微孔尺寸的影响趋势。