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基于高保压与开模发泡的微孔发泡注塑产品发泡行为控制与泡孔结构改善

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机械工程学报 2020年第18期56卷 35-42页

作者：董桂伟赵国群武欢王桂龙山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室济南250061

针对微孔发泡注塑技术存在的工艺和产品质量问题,构建高保压和开模发泡微孔发泡注塑系统,试验研究不同工艺条件下微孔发泡注塑co-PP的熔体发泡行为和产品泡孔结构演变。结果表明,高保压和开模发泡能够良好调控微孔发泡注塑熔体的发泡行... 详细信息

针对微孔发泡注塑技术存在的工艺和产品质量问题,构建高保压和开模发泡微孔发泡注塑系统,试验研究不同工艺条件下微孔发泡注塑co-PP的熔体发泡行为和产品泡孔结构演变。结果表明,高保压和开模发泡能够良好调控微孔发泡注塑熔体的发泡行为,改善产品泡孔结构。在高保压压力和长保压时间作用下,微孔发泡注塑熔体填充过程中形成的泡孔进一步变形并重新溶回到熔体中,同时填充结束后发泡的熔体保持不发泡,使型腔中的熔体整体回复到一个较稳定的未发泡状态。开模发泡时,模具打开一定距离,给予熔体一个充足的发泡空间,使型腔中的未发泡熔体压力迅速下降,泡孔稳定长大,最终得到具有高发泡倍率和良好泡孔结构的微孔发泡注塑产品。微孔发泡注塑熔体发泡行为及其对应产品泡孔结构的调控与改善,关键在于对其填充过程中发泡的控制和填充结束后发泡的促进两方面。

关键词：高保压开模微孔发泡注塑发泡行为泡孔结构

变模温与型腔气体反压辅助微孔发泡注塑技术及其产品内外泡孔结构演变

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高分子材料科学与工程 2020年第1期36卷 89-98页

作者：董桂伟赵国群李帅王桂龙张磊侯俊吉山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室

建立了一种变模温和型腔气体反压协同控制的微孔发泡注塑技术,研制了相应的变模温控制系统与型腔气体反压控制系统,构建了变模温与型腔气体反压辅助微孔发泡注塑试验线,并对变模温与型腔气体反压作用下的产品内外泡孔结构演变进行了研... 详细信息

建立了一种变模温和型腔气体反压协同控制的微孔发泡注塑技术,研制了相应的变模温控制系统与型腔气体反压控制系统,构建了变模温与型腔气体反压辅助微孔发泡注塑试验线,并对变模温与型腔气体反压作用下的产品内外泡孔结构演变进行了研究。结果表明,变模温与型腔气体反压辅助工艺单独施加于微孔发泡注塑技术时,对其产品内外泡孔结构均具有双重影响:变模温可以改善产品大部分的表面形貌,但其对填充过程中的熔体发泡影响不大;型腔气体反压可以基本抑制填充过程中的熔体发泡,但却对产品内部泡孔密度有比较明显的降低影响。通过变模温与型腔气体反压的协同控制,可以实现微孔发泡注塑产品表面气泡形貌和内部泡孔结构的良好调控。

关键词：变模温型腔气体反压微孔发泡注塑内外泡孔结构演变

微孔发泡注塑超临界流体计量过程中气涌现象初探

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塑料科技 2016年第7期44卷 67-70页

作者：李亦哲闫宝瑞郑大龙段涛信春玲何亚东北京化工大学机电工程学院北京100029 教育部高分子材料加工装备工程研究中心北京100029

微孔发泡注塑设备注入气体常采用"限流元件控制超临界流体(SCF)流速"的方式。由于压差的存在,这种注气方式每次在打开气体注射器的瞬间会产生气涌,从而影响机筒内单相溶液的制备,进而降低发泡制品的质量。本文通过设计实验定量研究了气... 详细信息

微孔发泡注塑设备注入气体常采用"限流元件控制超临界流体(SCF)流速"的方式。由于压差的存在,这种注气方式每次在打开气体注射器的瞬间会产生气涌,从而影响机筒内单相溶液的制备,进而降低发泡制品的质量。本文通过设计实验定量研究了气涌与压差及限流元件孔径间的关系,为微孔发泡注塑精确注气提供了参考。

关键词：微孔发泡注塑超临界流体气涌

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超临界流体微孔发泡注塑精确注气的探究

北京化工大学学报（自然科学版） 2016年第4期43卷 96-101页

作者：李亦哲闫宝瑞段涛信春玲何亚东北京化工大学机电工程学院北京100029 北京化工大学教育部高分子材料加工装备工程研究中心北京100029

超临界流体注入量直接影响着微孔发泡注塑成型制品中微泡孔的结构与数量,进而影响制品的力学性能。通过设计相关实验发现:微孔发泡注塑成型注气过程分为气涌与稳定流动两个阶段,且气涌量的大小主要与注气系统的硬件结构有关,在改进硬件... 详细信息

超临界流体注入量直接影响着微孔发泡注塑成型制品中微泡孔的结构与数量,进而影响制品的力学性能。通过设计相关实验发现:微孔发泡注塑成型注气过程分为气涌与稳定流动两个阶段,且气涌量的大小主要与注气系统的硬件结构有关,在改进硬件结构后气涌量有较大程度的削减;稳定流动阶段的气流量则与相关注气参数有关。为了验证这一结果,通过实验定量研究了超临界流体注气量与注气压差、限流元件孔径、注气时间、硬件结构之间的关系,得到了调节注气量的传递函数,该函数模型可以为实际生产中根据减重需求调节注气系统的一系列工艺参数提供依据。

关键词：微孔发泡注塑超临界流体(SCF) 气涌限流元件注气

微孔发泡注塑成型汽车发动机盖模具的设计与优化研究

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微孔发泡注塑成型汽车发动机盖模具的设计与优化研究

作者：何庆林华南理工大学

学位级别：硕士

与传统注塑成型相比,微孔发泡注塑成型具有制品轻量化、成型压力低和节省原材料等许多优势。但由于微孔发泡注塑成型使用了超临界流体作为发泡剂,其熔体的成型性质,乃至成型过程中的充填、保压、冷却、纤维取向和翘曲变形等行为均发生... 详细信息

与传统注塑成型相比,微孔发泡注塑成型具有制品轻量化、成型压力低和节省原材料等许多优势。但由于微孔发泡注塑成型使用了超临界流体作为发泡剂,其熔体的成型性质,乃至成型过程中的充填、保压、冷却、纤维取向和翘曲变形等行为均发生了改变。因此,基于微孔发泡注塑成型的模具设计、模具调试、制品质量测试以及成型工艺优化等过程均比传统注塑成型复杂,从而对工程人员提出了较大挑战。研究人员围绕微孔发泡注塑成型的一些理论研究,如泡孔的成核条件、制品减重率以及发泡制品表面缺陷的形成机理等,对微孔发泡注塑成型模具的设计开发有较大参考价值。随着计算机辅助工程（CAE）的发展,一些商用CAE软件对微孔发泡注塑成型的模拟日趋成熟,可以辅助工程人员高效的解决微孔发泡注塑成型相关的制品设计、模具设计以工艺参数调试等过程中的难题。本文以广东伊之密精密机械股份有限公司的汽车发动机盖为对象,根据微孔发泡注塑成型的工艺特点和发动机盖的质量要求,完成了发动机盖微孔发泡注塑成型模具的结构设计。对该模具的成型测试结果表明,该模具能较好地满足微孔发泡注塑工艺的技术要求,制品的减重率、外观质量和泡孔结构均能达到了要求。使用注塑成型CAE软件Moldex3D软件对发动机盖的试模过程进行研究,发现模拟结果与实际试模结果吻合度较高。通过Moldex3D对模具的型腔结构和冷却水路进行了优化,减小了制品的翘曲变形;在此基础上,利用正交实验研究了成型工艺条件对制品翘曲变形的影响,进而对成型工艺参数的进行了优化,优化后的成型工艺条件使制品的翘曲变形满足了要求,可为后续的模具开发提供指导。

关键词：微孔发泡注塑模具设计成型工艺优化 Moldex3D 汽车发动机盖

HIPS微孔发泡注塑成型工艺及数值模拟研究

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HIPS微孔发泡注塑成型工艺及数值模拟研究

作者：侯斌超山东大学

学位级别：硕士

微孔发泡注塑成型技术是一项将微孔发泡工艺与注塑成型技术相结合的新技术,能够在保证制品性能的前提下实现减重,因其具备产业化潜力、能够成型复杂形状制品,已获得广泛应用。高冲击强度聚苯乙烯（HIPS）作为一种通用的工程塑料,应用非... 详细信息

微孔发泡注塑成型技术是一项将微孔发泡工艺与注塑成型技术相结合的新技术,能够在保证制品性能的前提下实现减重,因其具备产业化潜力、能够成型复杂形状制品,已获得广泛应用。高冲击强度聚苯乙烯（HIPS）作为一种通用的工程塑料,应用非常广泛。针对HIPS微孔发泡注塑成型技术,研究制品的泡孔形成过程、泡孔形态及性能等,能够有力促进微孔发泡注塑成型技术的应用与发展,具有重要的理论和工程意义。本文采用实验和数值模拟方法,主要针对HIPS微孔发泡注塑成型中工艺参数对试样泡孔形态、力学性能等进行了较为系统的研究,掌握了发泡试样成型过程中泡孔的形成过程,确定了各个成型工艺参数对泡孔形态的影响程度;获得了打气时间及打气延时时间对试样泡孔形态力学性能的影响规律及原因和拉伸温度对发泡试样拉伸性能的影响规律。主要研究工作如下:基于Autodesk Moldflow Synergy 2016,建立了 HIPS/超临界N2微孔发泡注塑成型制品的CAE分析模型,进行了充填+保压+翘曲分析,研究了微孔发泡注塑成型过程中泡孔形态的变化。此外,针对本文研究中模具的型腔分布,分析了料流平衡对发泡过程的限制作用,为开展实验研究提供指导。以泡孔平均半径为研究指标,设计了正交试验,借助信噪比分析和方差分析方法,研究了工艺参数对泡孔平均半径的影响程度,进一步确定了实验研究的重点。打气量直接影响着制品成型时泡孔的形核、长大、合并及分布,对发泡制品的泡孔形态及性能影响十分显著,因此,本文首先研究了打气原理,分析了打气过程中可能会影响制品泡孔形态的打气参数。利用实验室开发的微孔发泡注塑成型设备,研究了打气时间对制品泡孔形态、泡孔形成过程和力学性能的影响,结果表明打气时间对制品的泡孔形态和泡孔形成过程造成显著影响,未发泡皮层厚度和泡孔结构的变化对试样的力学性能产生了影响。研究了打气延时时间对制品泡孔形态和力学性能的影响,结果表明打气延时时间通过改变打气区间,从而影响打气速度,最终影响制品的泡孔形态,进而影响力学性能。利用带有高低温箱控制系统的万能电子拉伸试验机,研究了 HIPS微孔发泡注塑成型试样的热拉伸性能,与未发泡试样的热拉伸性能进行了对比分析。通过对比分析发泡试样和未发泡试样在不同温度下的拉伸性能,分析二者变化规律的异同,为发泡制品的实际使用条件及热拉伸性能指标数据提供参考。

关键词：微孔发泡注塑 HIPS 泡孔形态打气量力学性能

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改善微孔发泡注塑成型制品表面质量的研究

改善微孔发泡注塑成型制品表面质量的研究

作者：汪岳上海交通大学

学位级别：硕士

近年来随着石油价格的不断上涨,聚合物树脂的价格也不断增长。通过新型加工工艺来减少塑料用量并能保证塑料制品的质量是近来的一个研究热点,微孔发泡技术就是在这个背景下产生的。微孔发泡成型技术不仅能减小熔融物料黏度,降低加工温度... 详细信息

近年来随着石油价格的不断上涨,聚合物树脂的价格也不断增长。通过新型加工工艺来减少塑料用量并能保证塑料制品的质量是近来的一个研究热点,微孔发泡技术就是在这个背景下产生的。微孔发泡成型技术不仅能减小熔融物料黏度,降低加工温度,减小加工周期和保压压力,而且能消除制品缩痕,减小制品重量、收缩和尺寸变化。由于微孔发泡成型的塑料制品有诸多的优点,因此其被广泛地应用在家用电器、航空航天、汽车等领域中。但是微孔发泡注塑制品存在着一些表面质量问题,从而制约着微发泡技术的工业应用。这些表面问题包括漩涡状流痕、银纹、表面起泡以及表面粗糙度大等。本文主要研究了工艺参数对微孔发泡制品表面粗糙度的影响。结合经典成核理论的改进模型、微孔长大数学模型和本文提出的表面粗糙度模型,来求解微孔发泡制品表面粗糙度值。在求解的过程中用到了MOLDFLOW来分析物料的填充过程,用MATLAB来求解模型,用田口实验方法对微孔发泡的主要工艺参数进行了分析,通过线性回归拟合建立成型工艺与微孔注塑制品表面粗糙度之间关系的数学模型。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差别,利用混合熔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了修正,提出了新的微孔发泡注塑成核理论模型。用新的成核理论模型求解了PC/N2体系的成核密度和成核临界泡孔大小。在MOLDFLOW中建立平板注塑件模型,将改进成核理论计算得到的泡核密度作为边界条件进行模拟分析,得到了在注塑过程中的熔料填充时间和流动前沿处的温度,并分别在两个结果中取出参考点处的值作为后面泡孔长大计算的边界条件。采用Amon和Denson提出的泡孔模型,推导泡孔长大的方程。泡孔长大的机理可以分为下面两部分:流体动力学控制的长大和扩散控制的长大。并将两个控制泡孔长大的方程进行简化得到最终泡孔长大模型。将前面计算得到的参考点处的流动前沿温度、填充时间和临界泡孔大小作为泡孔长大的边界条件来计算制品表面参考点处的泡孔大小。参考粗糙度的表达方式,建立表面粗糙度表达的数学模型。将前面计算得到的制品表面参考点处的泡孔大小转换成表面粗糙度值,与文献中的实验结果进行对比。模拟得到的表面粗糙度值为Ra = 23.61μm,实验得到的表面粗糙度值为Ra = 26μm。因此可以认为本文研究方法能够比较好地反映实际加工情况。最后本文采用田口实验设计技术、多元回归技术,研究了微孔发泡注塑成型工艺参数与微孔制品表面粗糙度的关系,定量研究了成型工艺与微孔发泡制品表面粗糙度的复杂关系。提出了减小微孔发泡制品表面粗糙度工艺调整方案。通过线性回归分析得到了成型工艺与微孔发泡制品表面粗糙之间的数学模型,并对回归模型进行了统计分析,分析结果表明该模型能够很好地反映工艺参数和微孔制品表面粗糙度之间的关系。

关键词：微孔发泡注塑微孔成核微孔长大成型工艺表面质量

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聚丙烯微孔发泡注塑充模过程研究及工艺优化

聚丙烯微孔发泡注塑充模过程研究及工艺优化

作者：李树松北京化工大学

学位级别：硕士

微孔发泡注塑制品凭借其减少原材料用量并能达到优良的机械性能以及具有缓冲、隔音、绝热、韧性高、耐疲劳等优势被广泛应用在工业材料领域。基于微孔发泡制品的优点,研究其发泡原理,改善其发泡工艺以及成型加工设备以达到设计泡孔结构... 详细信息

微孔发泡注塑制品凭借其减少原材料用量并能达到优良的机械性能以及具有缓冲、隔音、绝热、韧性高、耐疲劳等优势被广泛应用在工业材料领域。基于微孔发泡制品的优点,研究其发泡原理,改善其发泡工艺以及成型加工设备以达到设计泡孔结构、改善制品使用性能已经成为行业研究热点。其中,在微孔发泡注塑过程中,充模过程受到工艺条件影响,熔体的压力、温度以及其流动性关系复杂,因此研究微孔发泡注塑型腔充模过程具有重要意义。本文主要研究通过改变工艺参数调控充模过程泡孔成核、生长、定型过程,最终达到改善制品性能目的。研究内容主要分为以下四个方面:1.设计模具结构并安装型腔压力传感器,利用模腔压力数据采集系统得到不同位置处的压力降及其速率关系,得到工艺参数改变对压力降及其速率的调控范围。2.通过对制品的断面形态、泡孔结构进行统计,得到微观泡孔结构与压力降及其速率的量化关系,为微孔发泡工艺和制品模具优化设计奠定了基础。对制品进行减重比分析,得到各因素对减重比影响显著性和调控范围,得到调控较高减重比的实验方案。对制品弯曲强度与冲击强度分析,结果表明改善微观结构、减重比能够有效提高制品弯曲强度、冲击强度,并得到获得良好力学性能的实验方案。通过对制品表面质量分析得到各因素对制品表皮发泡状态的影响,达到改善制品表面质量的实验方案。3.在实验数据基础上,通过Moldex3D模拟型腔填充过程,建立了良好的分析流程,研究各参数变化对熔体填充过程流动性的影响,以及对气泡成核、生长、定型进行预测分析,结果表明模拟结果与实验吻合。通过模拟结果可以较准确地对泡孔尺寸、泡孔密度等进行规律性分析,并且把制品微观结构与流动性能建立联系。4.根据不同参数下Moldex3D模拟结果进行DOE分析,利用design expert模块进行曲面优化,得到各参数对制品减重比、泡孔平均直径、泡孔密度、剪切应力的传递函数。通过各参数显著性分析以及曲面优化得到了良好实验方案。

关键词：微孔发泡注塑压力降泡孔结构力学性能 Moldex3D DOE分析