成型方法对SCF微孔发泡制品泡孔结构及力学性能的影响

摘要

当今社会正面临着全球能源危机和环境污染问题。超临界流体（Supercritical Fluids, SCF）微孔发泡材料中大量微小泡孔的存在能够减少产品使用的原材料和消耗的能源，同时微孔发泡制品的一些性能更加优异。凭借其独特的优势，微孔发泡技术一度成为研究热点，但是也面临着诸多问题和挑战。其中如何成型具有高密度且规则排列的微孔结构以获得更加优异的机械性能正是一个亟待解决的问题。本文分别采用了常规发泡、高压发泡和注压发泡方法制备出 SCF微孔发泡制品，探究了不同成型方法和不同工艺条件对制品泡孔结构的影响。主要工作如下：
　　（1）设计并制造出适应三种不同成型方法的多功能试验模具，应用模流分析软件Moldflow模拟仿真材料聚苯乙烯（PS）的热塑性注射成型和微孔发泡注射成型充填过程，评价模具和材料PS的成型性能。结果表明：带有弹簧结构的压缩框和活动型腔板是该实验模具设计的关键；相较于热塑性注射成型，微孔发泡注射成型的充填时间更短，熔体前沿温度更低，充填完成瞬时的型腔压力低且在型腔内分布更加均匀。
　　（2）研究SCF含量、螺杆背压和预充填量对常规发泡制品泡孔结构的影响。结果表明：常规发泡制品垂直流动方向断面上的泡孔为圆形或者椭圆形，而在沿着流动方向上的泡孔为长条状。泡孔的排布保留着明显的泉涌流动痕迹，沿着流动方向上的泡孔形态、尺寸和密度均具有明显的不均一性。
　　（3）研究保压压力和保压时间对高压发泡制品泡孔结构的影响。结果表明：当保压压力为600bar，保压时间为5s时，泡孔密度最高（6.6×105cells/cm3），泡孔尺寸最小（45μm）；在优化后的工艺条件下，高压发泡制品垂直于流动方向和沿着流动方向断面上的泡孔均为圆形。
　　（4）研究压缩压力和压缩时间对注压发泡制品泡孔结构的影响。结果表明：当压缩压力为400bar，压缩时间为5s时，泡孔密度最高（4.3×106cells/cm3），泡孔尺寸最小（10μm）；在优化后的工艺条件下，注压发泡制品垂直于流动方向和沿着流动方向断面上的泡孔均为圆形。
　　（5）在常规发泡、高压发泡及注压发泡制品不同泡孔结构的基础上对比分析了成型过程的型腔压力及力学性能。结果表明：常规发泡过程中压力较低，制品的力学性能最差；高压发泡过程中压力较高，形成了二次泡孔，力学性能较高；而注压发泡过程中压力最高，形成的二次泡孔能有效提过制品的力学性能。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 超临界流体微孔发泡材料

1.3 SCF微孔发泡成型工艺及设备

1.4 注射成型SCF微孔发泡机理

1.5 注射成型SCF微孔发泡研究进展

1.6 研究目的及主要内容

2 多功能实验模具设计及充填分析

2.1 多功能实验模具设计

2.2 充填分析

2.3 本章小结

3 样品制备和表征

3.1 实验材料

3.2 实验设备

3.3 样品制备

3.4 样品表征

4 工艺参数对常规发泡制品泡孔结构的影响

4.1 SCF含量对泡孔结构的影响

4.2 螺杆背压对泡孔结构的影响

4.3 预充填量对泡孔结构的影响

4.4 本章小结

5 高压发泡及注压发泡方法泡孔结构及力学性能研究

5.1 高压发泡制品泡孔结构研究

5.2注压发泡制品泡孔结构研究

5.3 不同成型方法制品对比

5.4本章小结

6 结论与展望

6.1 本文主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢