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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

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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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