HIPS微孔发泡注塑成型工艺及数值模拟研究

摘要

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 Synergy2016，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。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 微孔发泡塑料成型原理及优势

1．1．1 微孔发泡塑料成型原理

1．1．2 微孔发泡塑料的优势

1．2 微孔发泡注塑成型技术

1．2．1 塑料微孔发泡注塑成型原理

1．2．2 塑料微孔发泡注塑成型技术优势

1．2．3 塑料微孔发泡注塑成型设备

1．3 微孔发泡注塑成型塑料

1．4 微孔发泡注塑成型工艺及数值模拟研究现状及存在问题

1．4．1 微孔发泡注塑成型工艺研究现状

1．4．2 微孔发泡注塑成型数值模拟研究现状

1．4．3 微孔发泡注塑成型工艺及数值模拟研究存在问题

1．5 本文的研究意义和主要研究内容

第2章 HIPS微孔发泡注塑成型过程泡孔形态变化及料流平衡对发泡的限制作用

2．1 引言

2．2 Autodesk Moldflow Synergy 2016有限元模拟理论模型

2．3 CAE分析模型的建立

2．4 实验材料及成型工艺参数的设置

2．5 HIPS微孔发泡注塑成型充模和冷却过程中泡孔尺寸变化及分析

2．6 本章小结

第3章 HIPS微孔发泡注塑成型工艺参数对泡孔半径的影响程度研究

3．1 引言

3．2 正交实验设计及数据的采集

3．2．1 实验方案的设计

3．2．2 实验数据的采集

3．3 实验结果及数据分析

3．4 本章小结

第4章 打气量对HIPS微孔发泡注塑成型试样泡孔形态及力学性能影响

4．1 引言

4．2 实验

4．2．1 材料

4．2．2 微孔发泡注塑成型设备及打气原理

4．2．3 微孔发泡注塑成型试祥的制备

4．2．4 试样泡孔形态表征

4．2．5 力学性能测试

4．3 实验结果与分析

4．3．1 打气时间对微孔发泡注塑成型试样泡孔形态的影响

4．3．2 打气时间对试样泡孔形成过程的影响

4．3．3 打气时间对试样力学性能的影响

4．3．4 打气延时时间对微孔发泡注塑成型试样泡孔形态的影响

4．3．5 打气延时时间对微孔发泡注塑成型试样力学性能的影响

4．4 本章小结

第5章 HIPS微孔发泡注塑成型试样的高温拉伸性能研究

5．1 引言

5．2 实验

5．2．1 高温拉伸试验设备及热拉伸过程

5．2．2 拉伸试样

5．2．3 实验方案

5．2．4 拉伸性能指标

5．3 实验结果与分析

5．3．1 保温时间对HIPS微孔发泡注塑成型试样的拉伸强度的影响

5．3．2 玻璃化转变温度以下，HIPS发泡试样的拉伸性能

5．3．3 玻璃化转变温度以上，HIPS发泡试样的拉伸性能

5．4 小结

6．1 主要工作及结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢