超声波辅助玻纤增强型PC注塑成型的研究

摘要

随着塑料产品在工业以及日常生活中的应用日趋普遍，作为塑料成型主要成型方法的注塑成型技术日益显示出其巨大的优越性和发展潜力，高分子材料因其质量轻、比强度高、加工成本较低以及便于批量生产等特点也在各行各业扮演着越来越重要的角色。
　　玻纤增强型PC具有良好的机械性能，被广泛应用于农业机械设备。但由于熔体粘度较大，流动性差，充填困难，容易引起短射、翘曲以及制品应力开裂等缺陷。
　　本文在分析了模具技术研究现状以及注塑成型工艺的基础上，提出在注塑成型过程中借助超声波对熔体的场能作用，来研究超声波是否有利于改善玻纤增强型PC的充模流动性，是否能提高成型后塑件的在熔体流动方向上的玻纤取向性、拉伸强度以及超声波的空化效应是否会降低塑料的玻璃化转变温度。
　　基于对注塑成型过程特点和超声波振动理论的分析，以熔体流动方向上压力损失较大且扁平较薄的伞钩形塑件为对象，结合CAE技术设计模具的浇注系统、模具温度调节系统并最终完成带有超声波辅助的模具系统总装结构的设计并加工;以正交实验、单因素影响实验与模流分析相结合的方式得到最佳注塑成型工艺参数;然后在注塑机上控制注射压力以实现熔体短射的方法分别在未施加和施加不同功率超声波的作用下进行注塑成型实验并对成型塑件进行采样;通过对比测量未施加和施加超声波作用下成型塑件的质量发现施加超声波作用的塑件质量均大于未施加超声波成型塑件的质量，且超声波输出功率越高，质量越大，表明超声波有利于改善玻纤增强型PC的充模流动性，提高型腔填充率;用3D激光扫描显微镜对塑件芯层3个位置进行观察拍摄发现，施加超声波成型的塑件相比未施加超声波成型的塑件芯层玻纤沿熔体流动方向的取向性更好，说明超声波有利于改善熔体的玻纤取向性;在万能材料试验机上测试未施加和施加超声波作用成型塑件在熔体流动方向上的拉伸强度发现，施加超声波成型的塑件在流动方向上的拉伸强度比未施加超声波成型的塑件有所提高，猜测认为是超声波改善了塑件中玻纤沿熔体流动方向的取向性，才使得塑件力学性能有所提升;用差示扫描量热法进行热分析发现施加超声波成型塑件相比未施加超声波成型塑件的玻璃化温度有所下降，但幅度很小。

目录

声明

摘要

主要符号表

第1章 引言

1．1 研究背景与意义

1．2 超声波在聚合物加工领域的研究现状

1．3 课题研究主要内容

第2章 超声波辅助系统的选用

2．1 超声波简介

2．2 超声波振动场对高聚物高温熔体影响原理

2．3 超声波振动场参数对聚合物流动性影响分析

2．3．1 超声波振动场频率对聚合物流动性影响

2．3．2 超声波振动场振幅对聚合物流动性影响

2．4 超声波辅助系统选用

2．4．1 超声波发生器选用

2．4．2 超声波换能器的选用

2．4．3 超声波变幅杆设计

2．5 小结

第3章 超声辅助注塑成型模具设计

3．1 塑件外形及尺寸分析

3．2 基于Moldflow超声辅助模具浇注系统设计

3．2．1 Moldflow软件简介

3．2．2 浇口设计

3．2．3 分流道设计

3．2．4 主流道设计

3．3 排气系统设计

3．4 基于Moldflow超声辅助模具温度调节系统设计

3．5 模具总装结构设计

3．6 小结

第4章 基于CAE的注塑成型参数优化

4．1 主要注塑成型参数

4．2 熔体粘度

4．3 仿真实验材料确定

4．4 正交实验

4．4．1 正交实验表设计的主要步骤

4．4．2 确定实验因素和指标

4．4．3 伞钩形塑件注塑正交实验

4．4．4 模拟仿真和分析

4．5 单因素影响实验

4．6 小结

第5章 超声波辅助注塑成型实验及组织性能分析

5．1 超声波辅助注塑成型实验

5．1．1 实验内容

5．1．2 实验设备及实验材料

5．1．3 未施加超声波注塑实验

5．1．4 施加超声波注塑实验

5．2 塑件组织性能分析

5．2．1 填充率分析

5．2．2 亚微观组织分析

5．2．3 力学性能分析

5．2．4 差示扫描量热法(DSC)热分析

5．3 小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的学术论文