本文關鍵詞：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，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：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制造技術(shù),具有廣闊的應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雜,導致目前商業(yè)化的微孔發(fā)泡注塑成型設備系統(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,整體設備系統(tǒng)的構(gòu)建技術(shù)也不夠明確,同時在關于微孔發(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)泡注塑成型設備系統(tǒng)的構(gòu)建技術(shù)及其原理,設計開發(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)建了微孔發(fā)泡注塑成型設備系統(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)律等方面進行了深入研究,獲得了具有理論指導意義和工程應用價值的系列結(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)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,為微孔發(fā)泡注塑成型整體設備系統(tǒng)的構(gòu)建奠定了基礎。研究了微孔發(fā)泡注塑成型設備系統(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)為基礎的微孔發(fā)泡注塑成型設備系統(tǒng)構(gòu)建方案。自主設計、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)與設備,并對注塑機的液壓系統(tǒng)進行了改造。進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)響應及時、壓力控制平穩(wěn),整體設備系統(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。設計制造了電加熱微孔發(fā)泡注塑成型樣條模具,開發(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,進而壓縮氣泡內(nèi)氣體重新溶解進入塑料熔體并最終消除氣泡痕。開展了變模溫輔助微孔發(fā)泡注塑成型技術(shù)的相關工藝基礎試驗研究。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,對應冷卻階段的熔體壓力降趨勢減弱；當模具溫度低于90℃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“填充過程中”和“填充結(jié)束后”兩個過程,對于“填充過程中”形成的不發(fā)泡皮層,熔體填充過程中的剪切流動行為和熔體流動前鋒處的噴泉流動行為是其形成的主要因素,而對于“填充結(jié)束后”形成的不發(fā)泡皮層,熔體的冷卻凝固則是其形成的根本原因。研究同時發(fā)現(xiàn),微孔發(fā)泡注塑產(chǎn)品的不發(fā)泡皮層由兩部分組成,其外部為一層薄的包含有變形和破裂氣泡的快速冷凝層,內(nèi)部則為相對較厚的不含有可視氣泡的類似實心層,其整體厚度隨注射速度、模具溫度的增加而減小,而受熔體溫度的影響不大。
【關鍵詞】：塑料 微孔發(fā)泡 注塑成型 變模溫技術(shù) 泡孔結(jié)構(gòu) 形成演變
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ328.06
【目錄】：

• 摘要16-19
• ABSTRACT19-23
• 第一章 緒論23-49
• 1.1 引言23-25
• 1.2 微孔發(fā)泡塑料的主要成型技術(shù)25-29
• 1.2.1 間歇成型法25-26
• 1.2.2 連續(xù)擠出法26-27
• 1.2.3 注射成型法27-29
• 1.3 微孔發(fā)泡注塑成型技術(shù)及其相關輔助工藝的發(fā)展和研究現(xiàn)狀29-39
• 1.3.1 微孔發(fā)泡注塑成型技術(shù)的發(fā)展30-36
• 1.3.2 微孔發(fā)泡注塑成型技術(shù)的研究現(xiàn)狀36-38
• 1.3.3 微孔發(fā)泡注塑成型輔助工藝的發(fā)展和研究現(xiàn)狀38-39
• 1.4 微孔發(fā)泡注塑產(chǎn)品的泡孔結(jié)構(gòu)及其研究現(xiàn)狀39-43
• 1.5 微孔發(fā)泡注塑成型技術(shù)及其產(chǎn)品泡孔結(jié)構(gòu)研究存在的主要問題43-46
• 1.6 本文選題意義及主要研究內(nèi)容46-49
• 第二章 超臨界流體發(fā)生與計量注入方法研究及系統(tǒng)開發(fā)49-77
• 2.1 引言49-51
• 2.2 微孔發(fā)泡注塑成型技術(shù)開發(fā)51-54
• 2.2.1 超臨界氮氣輔助微孔發(fā)泡注塑成型工藝流程51-54
• 2.2.2 超臨界氮氣發(fā)生與計量注入要求54
• 2.3 超臨界氮氣發(fā)生系統(tǒng)原理研究與設備開發(fā)54-59
• 2.3.1 超臨界氮氣的性質(zhì)54-56
• 2.3.2 超臨界氮氣發(fā)生系統(tǒng)的構(gòu)成原理56-57
• 2.3.3 超臨界氮氣發(fā)生系統(tǒng)的設備構(gòu)成57-58
• 2.3.4 超臨界氮氣發(fā)生系統(tǒng)研制58-59
• 2.4 超臨界氮氣計量注入方法研究與系統(tǒng)開發(fā)59-73
• 2.4.1 超臨界氮氣計量注入方法研究59-66
• 2.4.2 超臨界氮氣計量注入系統(tǒng)設備組成66-68
• 2.4.3 控制與監(jiān)視單元68-69
• 2.4.4 監(jiān)控單元的硬件設計69-70
• 2.4.5 監(jiān)控單元的軟件設計70-72
• 2.4.6 計量注入設備研制72-73
• 2.5 超臨界氮氣發(fā)生與計量注入系統(tǒng)與注塑成型設備的連接技術(shù)73-75
• 2.5.1 硬件連接技術(shù)73-74
• 2.5.2 軟件連接技術(shù)74-75
• 2.6 本章小結(jié)75-77
• 第三章 微孔發(fā)泡注塑專用螺桿、料筒開發(fā)及系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)研究77-107
• 3.1 引言77-78
• 3.2 微孔發(fā)泡注塑成型設備系統(tǒng)設計與構(gòu)建方案78-82
• 3.2.1 設計與構(gòu)建原則79
• 3.2.2 現(xiàn)有設備基礎79-81
• 3.2.3 設計與構(gòu)建方案81-82
• 3.3 微孔發(fā)泡注塑成型專用螺桿的設計與開發(fā)82-97
• 3.3.1 螺桿性能要求82-84
• 3.3.2 螺桿結(jié)構(gòu)分析84-86
• 3.3.3 螺桿結(jié)構(gòu)設計86-91
• 3.3.4 螺桿止逆、剪切與混煉元件的性能分析與選擇91-96
• 3.3.5 螺桿材料選擇96
• 3.3.6 螺桿加工制造96-97
• 3.4 微孔發(fā)泡注塑料筒、噴嘴、打氣頭以及注塑機液壓系統(tǒng)的設計、開發(fā)與改造97-102
• 3.4.1 專用料筒的設計與開發(fā)97-99
• 3.4.2 自鎖噴嘴的分析與選擇99-100
• 3.4.3 超臨界氮氣打氣頭的設計與選擇100-101
• 3.4.4 液壓系統(tǒng)的設計與改造101-102
• 3.5 設備系統(tǒng)調(diào)試與試驗注塑102-104
• 3.5.1 原料與設備103
• 3.5.2 試驗結(jié)果與分析103-104
• 3.6 本章小結(jié)104-107
• 第四章 微孔發(fā)泡注塑產(chǎn)品表面氣泡痕形成過程與變模溫條件下的演變規(guī)律和消除機理研究107-131
• 4.1 引言107-109
• 4.2 變模溫輔助微孔發(fā)泡注塑成型試驗線的構(gòu)建109-114
• 4.2.1 電加熱微孔發(fā)泡注塑模具開發(fā)109-112
• 4.2.2 模具溫度控制系統(tǒng)研制112-113
• 4.2.3 試驗線組成113-114
• 4.3 微孔發(fā)泡注塑產(chǎn)品表面質(zhì)量分析114-116
• 4.3.1 光澤度測量114-115
• 4.3.2 表面形貌分析115-116
• 4.3.3 三維表面輪廓測量116
• 4.4 微孔發(fā)泡注塑產(chǎn)品表面氣泡痕的形成過程研究116-119
• 4.4.1 表面氣泡痕的形貌變化116-118
• 4.4.2 表面氣泡痕的形成過程118-119
• 4.5 變模溫輔助微孔發(fā)泡注塑成型產(chǎn)品表面氣泡痕的演變規(guī)律與消除機理研究119-129
• 4.5.1 試驗方案與試驗設計119-121
• 4.5.2 變模溫對產(chǎn)品同一位置處表面氣泡痕形貌的影響121-123
• 4.5.3 變模溫對表面氣泡痕形成過程的影響123-125
• 4.5.4 高模溫條件下表面氣泡痕的演變規(guī)律125-127
• 4.5.5 高模溫條件下表面氣泡痕的消除過程和消除機理127-129
• 4.6 本章小結(jié)129-131
• 第五章 變模溫輔助微孔發(fā)泡注塑成型工藝的試驗研究131-153
• 5.1 引言131-133
• 5.2 變模溫技術(shù)對微孔發(fā)泡注塑成型熔體壓力的影響研究133-137
• 5.2.1 試驗材料133
• 5.2.2 儀器與設備133
• 5.2.3 試驗設計133-135
• 5.2.4 結(jié)果與討論135-137
• 5.3 變模溫技術(shù)對微孔發(fā)泡注塑產(chǎn)品內(nèi)部泡孔結(jié)構(gòu)的影響研究137-145
• 5.3.1 試驗材料137-138
• 5.3.2 儀器與設備138
• 5.3.3 試驗設計與泡孔結(jié)構(gòu)表征138-140
• 5.3.4 結(jié)果與討論140-145
• 5.4 變模溫技術(shù)對微孔發(fā)泡注塑產(chǎn)品力學性能的影響研究145-150
• 5.4.1 試驗材料145-146
• 5.4.2 儀器與設備146
• 5.4.3 試驗方案146-147
• 5.4.4 結(jié)果與討論147-150
• 5.5 本章小結(jié)150-153
• 第六章 微孔發(fā)泡注塑產(chǎn)品泡孔結(jié)構(gòu)形成過程和演變規(guī)律研究153-187
• 6.1 引言153-154
• 6.2 塑料微孔發(fā)泡與注射成型的基本理論154-158
• 6.2.1 塑料微孔發(fā)泡基本理論154-157
• 6.2.2 塑料注射成型填充過程中熔體的壓力變化及其流動行為157-158
• 6.3 微孔發(fā)泡注塑產(chǎn)品芯部泡孔的形成過程與演變規(guī)律研究158-170
• 6.3.1 試驗方案與試驗設計158-161
• 6.3.2 泡孔結(jié)構(gòu)表征方法161
• 6.3.3 泡孔結(jié)構(gòu)形貌對比分析161-164
• 6.3.4 泡孔結(jié)構(gòu)形成機理討論164-167
• 6.3.5 微孔發(fā)泡注塑成型芯部泡孔結(jié)構(gòu)的形成過程167-170
• 6.4 微孔發(fā)泡注塑產(chǎn)品不發(fā)泡皮層的形成過程與結(jié)構(gòu)特點研究170-183
• 6.4.1 試驗方案與試驗設計170-171
• 6.4.2 不發(fā)泡皮層結(jié)構(gòu)表征方法171-172
• 6.4.3 不發(fā)泡皮層結(jié)構(gòu)形態(tài)分析172-175
• 6.4.4 微孔發(fā)泡注塑成型不發(fā)泡皮層的形成過程與機理分析175-178
• 6.4.5 微孔發(fā)泡注塑成型不發(fā)泡皮層的結(jié)構(gòu)特點178-180
• 6.4.6 微孔發(fā)泡注塑成型不發(fā)泡皮層形成的厚度影響因素分析180-183
• 6.5 產(chǎn)品試驗生產(chǎn)183-184
• 6.6 本章小結(jié)184-187
• 第七章 結(jié)論與展望187-191
• 7.1 結(jié)論187-190
• 7.2 展望190-191
• 參考文獻191-213
• 致謝213-215
• 攻讀博士期間已發(fā)表和撰寫的論文及專利215-217
• 攻讀博士期間參與的科研項目217-219
• 附件219-251
• 學位論文評閱及答辯情況表251

【參考文獻】

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  本文關鍵詞：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，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：288348