氣體輔助注射成型制品形態(tài)結(jié)構(gòu)及性能.pdf

1、氣體輔助注射成型(Gas-Assisted Injection Molding，GAIM)是在常規(guī)注射成型(Conventional Injection Molding，CIM)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種新穎聚合物加工技術(shù)，目前己在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用。但是，關(guān)于GAIM工藝過(guò)程中的基本問(wèn)題探索方面，截至目前，學(xué)術(shù)界的研究工作主要集中在氣體穿透過(guò)程中的數(shù)值模擬、氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其對(duì)制品力學(xué)性能的影響等方面。鑒于此，本文首先采用模擬手段闡述GAI

2、M和CIM工藝過(guò)程中物理場(chǎng)的異同，與此同時(shí)，重點(diǎn)研究聚合物及其共混物以及玻纖增強(qiáng)聚合物的GAIM制品的形態(tài)結(jié)構(gòu)、形成機(jī)理和力學(xué)性能。通過(guò)以上研究，分析了GAIM和CIM在工藝過(guò)程中物理場(chǎng)異同點(diǎn)的機(jī)理，闡明了GAIM工藝過(guò)程結(jié)晶形態(tài)、相形態(tài)的形成以及玻纖取向行為的影響機(jī)制，從而為進(jìn)一步改善GAIM制品的性能提供了理論指導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下： (1)采用數(shù)值模擬方法，研究聚合物在CIM工藝中的熔體充模過(guò)程、GAIM工藝中的

3、短射以及氣體穿透過(guò)程中物理場(chǎng)的變化。在GAIM工藝過(guò)程中，由于氣體的穿透作用，熔體在型腔內(nèi)前進(jìn)的速率和剪切速率要比短射和CIM充模過(guò)程中的速率和剪切速率大將近3個(gè)數(shù)量級(jí)，而GAIM工藝中的短射過(guò)程和CIM工藝中的充模過(guò)程中對(duì)應(yīng)物理場(chǎng)大小大致相同；熔體在GAIM工藝過(guò)程中的冷卻速率更快，因此其成型周期更短； (2)考察成型工藝參數(shù)對(duì)GAIM制品的穿透長(zhǎng)度和殘余壁厚的影響。結(jié)果表明，延遲時(shí)間和熔體溫度對(duì)殘余壁厚率和穿透長(zhǎng)度的影響較大

4、，預(yù)注射量和氣體壓力對(duì)殘余壁厚率的影響不大，但預(yù)注射量顯著影響氣體的穿透長(zhǎng)度； (3)研究HDPE和iPP的GAIM制品的結(jié)晶形態(tài)、取向結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，并和對(duì)應(yīng)的CIM制品進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，由于氣體的穿透作用更容易使聚合物取向結(jié)晶，所以GAIM制品出現(xiàn)了shish kebab、shish等取向結(jié)晶結(jié)構(gòu)，而CIM制品基本上都是球晶結(jié)構(gòu)。由于這些取向結(jié)晶結(jié)構(gòu)的存在， GAIM制品的力學(xué)性能一般要優(yōu)于CIM制品的力學(xué)性能，但氣體壓力

5、對(duì)其力學(xué)性能的影響不大； (4)對(duì)PC/PE共混物的GAIM制品的分散相形態(tài)演化、橫晶形成及其力學(xué)性能進(jìn)行研究。根據(jù)分散相形態(tài)和形變程度，CIM和GAIM制品表現(xiàn)出不同的層次結(jié)構(gòu)。分散相在CIM制品的表層形變程度最大，而在GAIM制品的芯層形變程度最大，且GAIM制品中的分散相比CIM制品中的分散相有更大的長(zhǎng)徑比。導(dǎo)致這種差異的原因主要在于氣體的穿透作用；盡管PC和PE兩相極不相容，但在GAIM成型過(guò)程中，PE還可以在PC纖維上

6、附生結(jié)晶而形成橫晶結(jié)構(gòu)。研究認(rèn)為，宏觀的剪切應(yīng)力場(chǎng)不是形成橫晶的主要因素，而PC粒子在形變過(guò)程中與PE界面之間形成的局部剪切應(yīng)力場(chǎng)才是橫晶形成的關(guān)鍵因素；氣體的穿透有助于GAIM制品拉伸強(qiáng)度的提高，但有損于沖擊強(qiáng)度。 (5)考察了玻纖(GF)增強(qiáng)尼龍66和iPP復(fù)合材料GAIM制品中GF的取向規(guī)律、橫晶形成以及其力學(xué)性能。GF在CIM制品的表層取向程度最大，而在GAIM制品的芯層取向程度最大，這主要?dú)w因于熔體短射之后氣體穿透所帶