退火对微注射成型制品形态、结构与力学性能的影响

摘要

微注射成型作为一种先进成型技术，具有材料适用性广、几何尺寸形状适应性好和精度高、成本低效率高、可连续化、自动化生产、制品物理力学性能优良等特点。在电子通讯、生物医学、精密仪器、航空航天、军事等领域展现出较高的应用价值和广阔的发展前景。本文结合博士点基金项目“光学级高聚物低压注射成型过程中微观结构演化及光-力性能的多尺度研究”(20124101110007)，对微注射成型等规聚丙烯制品进行了退火前后的研究。首先通过计算机的模拟分析了微注射成型过程中聚合物熔体的流动过程与状态，然后观察不同温度条件下制品退火后在偏光显微镜中表现的不同条纹形貌，再进而结合测得的内部结构和形貌以及性能，推断并论证产生条纹规律性变化的原因和机理。
　　本研究主要内容包括：⑴采用CAE软件Moldflow模拟微注射成型等规聚丙烯制品(微型齿轮与微拉伸样条)的充填流动，并与实际填充结果做了对比。尤其针对顶针位置变化导致拉伸样条制品出现形貌变化的情况进行了分析。通过充填模拟，更好的了解充填过程中流体的流动情况和熔体前沿形貌，为后期分析制品的结构与形貌提供了依据。⑵运用偏光显微镜对不同退火工艺下的微注射成型等规聚丙烯制品进行观察，发现随着退火温度的增加，偏光显微镜下观察到的条纹数目变多、宽度变窄，而增加退火时间并没有明显变化。根据光学知识，我们推测条纹的变化是由于内部晶区的变化引起，光透过晶区时产生双折射，两束相干光存在一定的相位差、光程差会产生条纹。⑶基于微注射成型制品中特殊的偏光条纹形貌，对微注射成型等规聚丙烯制品进行内部结构分析。分别进行了广角X射线(WAXD)、示差扫描量热法(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)的测试。通过计算得到不同退火工艺条件下的制品内部结晶度与片晶厚度，发现随着退火温度的增加，结晶度和片晶明显提高，进一步验证了前面的推理与分析；同时通过冷冻超薄切片获取不同层次的薄片样品，从而得到了制品的分层结构和微观形貌。⑷通过拉伸测试、纳米压痕测试对微注射成型制品的力学性能进行测试，结果发现制品的力学性能与制品各分层结构的力学性能都随着退火温度与时间的变化发生规律性的变化，进一步分析发现，与宏观光学现象一样，都是内部结构变化的外在表现，揭示了聚合物内部结构变化对其形态结构演变和力学性能的影响。

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1 绪论

1.1聚丙烯概述

1.2微注射成型国内外研究现状

1.3 退火工艺的国内外研究现状

1.4本文的研究目的、意义和研究内容

2 微注射成型制品成型过程模拟

2.1 前言

2.2 Moldflow软件介绍

2.3微注塑成型充填模拟原理

2.4 拉伸样条充填模拟

2.5 微齿轮充填模拟

2.6 短射结果分析

2.7本章小结

3退火对微注射成型齿轮形貌的影响

3.1 前言

3.2实验仪器、材料及方法

3.3 实验结果

3.4形貌产生机理分析

3.5本章小结

4 退火对等规聚丙烯微制品的内部结构的影响

4.1实验仪器和设备

4.2退火对微齿轮的内部结构影响

4.3 退火对拉伸样条内部结构的影响

4.4 退火对微齿轮内部片晶厚度的影响

4.5内部晶体形貌

4.6本章小结

5 退火对微注射成型制品力学性能的影响

5.1前言

5.2实验仪器与设备

5.3退火对微注射成型制品力学性能影响

5.4 本章小结

6总结与展望

6.1总结

6.2 展望

参考文献

在校期间发表的学术论文及研究成果

研究成果

参与研究项目

致谢