微孔發(fā)泡注塑成型技術(shù)及其產(chǎn)品泡孔結(jié)構(gòu)形成過程和演變規(guī)律研究.pdf

1、微孔發(fā)泡注塑成型技術(shù)是一種成型微孔發(fā)泡塑料產(chǎn)品的重要加工工藝，具有高效、節(jié)能、資源利用率高、無污染、塑件質(zhì)輕且力學(xué)性能優(yōu)良等多項技術(shù)和產(chǎn)品優(yōu)勢，是一種經(jīng)濟效益和社會效益俱佳的綠色先進(jìn)制造技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的市場潛力。然而，由于微孔發(fā)泡注塑成型技術(shù)的系統(tǒng)原理和成型機理都非常復(fù)雜，導(dǎo)致目前商業(yè)化的微孔發(fā)泡注塑成型設(shè)備系統(tǒng)尚不完善且價格昂貴，其所使用的超臨界流體計量與注入方法不夠精確，整體設(shè)備系統(tǒng)的構(gòu)建技術(shù)也不夠明確，同時在關(guān)于微

2、孔發(fā)泡注塑產(chǎn)品泡孔結(jié)構(gòu)的研究中，還存在著對產(chǎn)品表面氣泡痕的形成過程與消除機理研究不深入、對變模溫輔助微孔發(fā)泡注塑成型工藝的基礎(chǔ)研究不全面以及對產(chǎn)品內(nèi)部泡孔結(jié)構(gòu)和外部不發(fā)泡皮層的形成過程和演變規(guī)律研究不系統(tǒng)等一系列問題，亟需開展進(jìn)一步的深入系統(tǒng)研究。
　　針對上述問題，本文系統(tǒng)研究了微孔發(fā)泡注塑成型設(shè)備系統(tǒng)的構(gòu)建技術(shù)及其原理，設(shè)計開發(fā)了超臨界氮氣發(fā)生與計量注入系統(tǒng)和裝備，研制了微孔發(fā)泡注塑成型螺桿、料筒以及其他塑化系統(tǒng)部件，構(gòu)建了微

3、孔發(fā)泡注塑成型設(shè)備系統(tǒng)和變模溫輔助微孔發(fā)泡注塑成型試驗線，并在此基礎(chǔ)上對微孔發(fā)泡注塑成型產(chǎn)品表面氣泡痕的形成過程與變模溫技術(shù)消除機理、變模溫輔助微孔發(fā)泡注塑成型工藝基礎(chǔ)以及微孔發(fā)泡注塑成型產(chǎn)品內(nèi)外泡孔結(jié)構(gòu)的形成過程和演變規(guī)律等方面進(jìn)行了深入研究，獲得了具有理論指導(dǎo)意義和工程應(yīng)用價值的系列結(jié)論。
　　研究了超臨界氮氣輔助微孔發(fā)泡注塑成型工藝原理，制定了工藝流程。研究了超臨界氮氣的發(fā)生原理，開發(fā)了超臨界氮氣發(fā)生系統(tǒng)與裝備。研究了微孔發(fā)

4、泡注塑成型過程中超臨界氮氣的計量與注入要求，提出了“旁通回流”、“定量穩(wěn)流”、“定量定流”三種超臨界氮氣計量注入方法，研制了“定量定流”超臨界氮氣計量與注入系統(tǒng)，開發(fā)了相應(yīng)的基于可編程控制器和觸摸屏技術(shù)的計量注入控制軟件和設(shè)備，并實現(xiàn)了自主開發(fā)的超臨界氮氣發(fā)生系統(tǒng)、計量注入系統(tǒng)與注塑成型設(shè)備的良好連接。與現(xiàn)有的超臨界流體泵送系統(tǒng)相比，本文開發(fā)的超臨界氮氣發(fā)生與計量注入系統(tǒng)的發(fā)泡劑來源充足、壓力穩(wěn)定，注入調(diào)控手段直接簡便，計量精度明顯提高

5、，為微孔發(fā)泡注塑成型整體設(shè)備系統(tǒng)的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。
　　研究了微孔發(fā)泡注塑成型設(shè)備系統(tǒng)的構(gòu)建技術(shù)及其原理，提出了一套以常規(guī)注塑機（海天MA3200型節(jié)能伺服注塑機）為基礎(chǔ)的微孔發(fā)泡注塑成型設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)建方案。自主設(shè)計、制造了一種微孔發(fā)泡注塑成型專用螺桿和與之相配套的微孔發(fā)泡注塑成型專用料筒，實現(xiàn)了與原有注塑機塑化系統(tǒng)的良好互換。自主設(shè)計、開發(fā)了一種超臨界氮氣打氣頭底座和一種以蓄能器為核心的塑化背壓控制系統(tǒng)與設(shè)備，并對注塑機的液壓系統(tǒng)

6、進(jìn)行了改造。進(jìn)行了超臨界氮氣打氣閥和自鎖噴嘴的性能分析和選型，構(gòu)建了完整的微孔發(fā)泡注塑成型設(shè)備系統(tǒng)和試驗線，完成了工藝調(diào)試與試驗生產(chǎn)。試驗結(jié)果表明，本文設(shè)計的微孔發(fā)泡注塑成型螺桿與料筒塑化和混煉能力優(yōu)異，中間止逆效果良好，開發(fā)的塑化背壓控制系統(tǒng)響應(yīng)及時、壓力控制平穩(wěn)，整體設(shè)備系統(tǒng)符合微孔發(fā)泡注塑工藝的要求。
　　研究了微孔發(fā)泡注塑成型產(chǎn)品表面氣泡痕的形成過程和變模溫技術(shù)條件下的消除機理。設(shè)計制造了電加熱微孔發(fā)泡注塑成型樣條模具，開

7、發(fā)了電加熱模具溫度控制系統(tǒng)和裝備，建立了變模溫輔助微孔發(fā)泡注塑成型試驗線。研究了常規(guī)低模溫條件下微孔發(fā)泡注塑產(chǎn)品的表面質(zhì)量和表面氣泡痕形貌，探討了表面氣泡痕的形成過程。研究了不同模溫條件下微孔發(fā)泡注塑成型產(chǎn)品流動前鋒端面和表面的泡孔形態(tài)變化以及高模溫條件下微孔發(fā)泡注塑成型短射產(chǎn)品從流動前鋒到近澆口位置處的表面氣泡痕形貌變化，分析了模具溫度對產(chǎn)品表面氣泡痕形成過程的影響以及變模溫條件下表面氣泡痕的演變規(guī)律，揭示了變模溫技術(shù)消除微孔發(fā)泡注塑

8、成型產(chǎn)品表面氣泡痕的過程和機理。通過研究，發(fā)現(xiàn)微孔發(fā)泡注塑產(chǎn)品的表面氣泡痕是由流動前鋒處的泡孔受熔體噴泉流動行為的影響而在端面發(fā)生破裂并冷卻遺留在表面所形成，而變模溫技術(shù)對表面氣泡痕的影響則經(jīng)歷了一個“先產(chǎn)生，后消除”的過程，其消除機理是填充階段的高模溫使表面熔體不冷凝，同時逐漸增大的熔體內(nèi)部壓力和泡孔長大壓力使產(chǎn)生的氣泡痕底部的熔體逐漸被頂出并與模具表面接觸，進(jìn)而壓縮氣泡內(nèi)氣體重新溶解進(jìn)入塑料熔體并最終消除氣泡痕。
　　開展了變

9、模溫輔助微孔發(fā)泡注塑成型技術(shù)的相關(guān)工藝基礎(chǔ)試驗研究。利用構(gòu)建的變模溫輔助微孔發(fā)泡注塑成型試驗線，研究了變模溫技術(shù)對微孔發(fā)泡注塑成型填充階段和冷卻階段熔體壓力、產(chǎn)品內(nèi)部泡孔結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)品力學(xué)性能的影響，探討了模具溫度對熔體壓力、產(chǎn)品泡孔平均直徑、泡孔密度和泡孔直徑分散度以及產(chǎn)品有/無熔接痕拉伸強度、有/無熔接痕彎曲強度和無熔接痕缺口沖擊強度的影響規(guī)律和機理。研究發(fā)現(xiàn)，填充階段的模具溫度越高，對應(yīng)冷卻階段的熔體壓力降趨勢減弱;當(dāng)模具溫度低于9

10、0℃時，產(chǎn)品內(nèi)部泡孔直徑、泡孔密度、不發(fā)泡皮層厚度以及有熔接痕試樣的拉伸強度和彎曲強度基本不變，當(dāng)模具溫度高于90℃時，隨模具溫度的升高，泡孔直徑明顯增大，泡孔密度明顯減小，未發(fā)泡表層厚度減小，有熔接痕試樣的拉伸強度和彎曲強度顯著增強;同時對于無熔接痕試樣，模具溫度對其拉伸強度和彎曲強度的影響不明顯。
　　研究了微孔發(fā)泡注塑成型產(chǎn)品內(nèi)外泡孔結(jié)構(gòu)的形成過程和演變規(guī)律。提出了一種研究微孔發(fā)泡注塑成型產(chǎn)品泡孔結(jié)構(gòu)形成和演變過程的試驗方法

11、和全面表征泡孔結(jié)構(gòu)空間形態(tài)的技術(shù)手段，并以此研究了微孔發(fā)泡注塑成型注射階段不同射膠量條件下的微孔發(fā)泡注塑產(chǎn)品沿垂直熔體流動方向和平行熔體流動方向的泡孔結(jié)構(gòu)特點，發(fā)現(xiàn)并提出了在微孔發(fā)泡注塑成型產(chǎn)品泡孔形成過程中，存在“填充過程中發(fā)泡”和“填充結(jié)束后發(fā)泡”兩個過程，進(jìn)一步分析得出，填充過程中的型腔熔體壓力是決定這兩種泡孔形成過程發(fā)生的主要因素。研究了微孔發(fā)泡注塑成型產(chǎn)品不發(fā)泡皮層的形成過程及其結(jié)構(gòu)特點，發(fā)現(xiàn)不發(fā)泡皮層的形成也經(jīng)歷了“填充過程