基于气熔流动调控的注射微孔制件表面质量提升技术研究

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聚合物微发泡制品具有重量轻、密度低、力学性能好等优点,因而得到了较为广泛的应用。然而,在传统的注射成型工艺下,微发泡产品通常会存在表面质量缺陷问题,如漩涡状流痕、表面气泡等;此外,微发泡制品中的气泡分布不均匀、气泡密度低等问题也限制了其发展和应用。因此,很有必要探求提高微发泡制品表面质量,改善微发泡制件发泡质量的方法,以提高微发泡产品的应用。
  本文以聚丙烯(PP)及其共混物为原料,在常规注射机中通过加入发泡剂,使其分解形成气体并与PP熔体混溶后形成气熔体,并继而通过调节发泡气体在注射熔体中的比例、混合改性来改变气熔体强度、运用同机顺序注射工艺实现气熔体与实心熔体的交替式流入等三种方式来调控气熔体在模具型腔内的流动,以提升微孔制品表面质量,探寻气熔体状态与微孔制品表面质量以及力学性能的关系。其具体的实施方法如下:
  按比例配制发泡剂和发泡材料,按上述三种方式开展实验设计,并通过常规注射机制成标准试样。将制备的试样放于共聚焦显微镜下观察其表面微观形貌、三维立体形貌以及表面粗糙度并记录,记录结果作为评判表面质量的指标,通过对不同试样的记录结果进行对比分析,确定最优改进方案;将制备的试样进行淬断喷金处理,在电子显微镜下观察泡孔的微观形貌并记录,通过软件分析不同试样的泡孔质量,确定改善发泡质量的最佳方法;使用电子万能试验机测试试样的力学性能并记录,通过对比分析不同试样的力学性能,确定改进方案对制件力学性能的影响。
  通过上述工作可知:(1)改变气熔体中发泡气体的含量可以在一定程度上调控气熔体的流动,并影响发泡制品的表面质量。熔体中发泡气体含量越高,熔体受泉涌效应以及型腔内壁作用力的影响越大,发泡制件的表面质量越差;随着熔体中发泡气体含量的增多,发泡制品的泡孔质量先上升后下降;同时泡孔的存在会对制件的力学性能产生不利影响;随着熔体中发泡气体含量的增多,发泡制件的质量不断下降,但是下降的趋势逐渐缓和。当发泡剂的含量为3%~5%时,测试的试样具有相对良好的表面质量、泡孔质量、力学性能以及相对较轻的质量。(2)改变材料的熔体强度是提升发泡制品的表面质量的又一方法。熔体强度越高,熔体受泉涌效应等作用力的影响越小,表面质量越好。PP熔体强度提升后,制件的发泡质量也得到提升。提高熔体强度后,发泡制件的力学性能表现不一:通过添加丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)提升熔体强度,制件的拉伸强度和杨氏模量得到提升,而制件的断裂伸长率会下降;通过添加低密度聚乙烯(LDPE)提升熔体强度,制件的断裂伸长率得到提升,而制件的拉伸强度和杨氏模量则会下降。(3)运用同机顺序注射工艺,通过气熔流动调控量化添加的实心料和发泡材料,在常规注射机上生产出有实心表层的发泡制件,从而可彻底解决发泡制品的表面质量问题。运用同机顺序注射工艺后,表皮层的保护作用彻底解决了泉涌效应和型腔壁拉伸剪切带来的影响,发泡制件的表面质量得到极大提升;制件的芯部发泡层质量也得到提升;制件的力学性能如断裂伸长率、杨氏模量以及拉伸强度均得到提升。在同机顺序注射工艺条件下,通过优化实心料和发泡材料的组成,提升发泡制件的具体性能。与未改性的制件相比,改性材料制件的表面质量更高,发泡质量更好。在力学性能方面,添加改性材料改性聚丙烯(MPP)、聚乙烯(PE)后,制件的断裂伸长率得到提升,拉伸强度和杨氏模量则会下降;添加改性材料MPP、ABS后,制件的拉伸强度和杨氏模量得到提升,断裂伸长率则会下降。
  上述三种方法均从聚合物气熔体在模具型腔内流动时所出现的泉涌效应而导致发泡制件表面质量较差的基本原理出发,分别通过改变气熔体中的气体比例、气熔体的熔体强度以及实心熔体与气熔体的按需流动实现了表面质量的提升。通过本文工作证实了通过引入发泡气体,在常规注射机中无需加装复杂装置也可生产出具有高表面质量的发泡制品的可行性。本文的研究工作可为提高发泡制品的表面质量以及芯部发泡质量提供实验参考,为调控熔体在模具型腔内的流动方式提供指导,也为提高微发泡产品在实际生活中的应用提供借鉴。
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