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改善微孔发泡注塑成型制品表面质量的研究

作　者: 汪岳
导　师: 胡广洪
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料工程
关键词: 微孔发泡注塑微孔成核微孔长大成型工艺表面质量
分类号: TQ320.662
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近年来随着石油价格的不断上涨,聚合物树脂的价格也不断增长。通过新型加工工艺来减少塑料用量并能保证塑料制品的质量是近来的一个研究热点,微孔发泡技术就是在这个背景下产生的。微孔发泡成型技术不仅能减小熔融物料黏度,降低加工温度,减小加工周期和保压压力,而且能消除制品缩痕,减小制品重量、收缩和尺寸变化。由于微孔发泡成型的塑料制品有诸多的优点,因此其被广泛地应用在家用电器、航空航天、汽车等领域中。但是微孔发泡注塑制品存在着一些表面质量问题,从而制约着微发泡技术的工业应用。这些表面问题包括漩涡状流痕、银纹、表面起泡以及表面粗糙度大等。本文主要研究了工艺参数对微孔发泡制品表面粗糙度的影响。结合经典成核理论的改进模型、微孔长大数学模型和本文提出的表面粗糙度模型,来求解微孔发泡制品表面粗糙度值。在求解的过程中用到了MOLDFLOW来分析物料的填充过程,用MATLAB来求解模型,用田口实验方法对微孔发泡的主要工艺参数进行了分析,通过线性回归拟合建立成型工艺与微孔注塑制品表面粗糙度之间关系的数学模型。在经典成核理论的基础上,考虑了超临界气体对聚合物熔体自由能的影响,建立了聚合物熔体和超临界气体二元体系模型,根据单位摩尔体系中质量守恒,以及热化学势的计算模型,建立了聚合物熔体的自由能改变数学模型;同样考虑了聚合物和超临界气体两相表面能与纯聚合物表面能的差别,利用混合熔体中的气体重量分数,建立了混合物的表面能计算模型。通过这两者对经典成核理论进行了修正,提出了新的微孔发泡注塑成核理论模型。用新的成核理论模型求解了PC/N2体系的成核密度和成核临界泡孔大小。在MOLDFLOW中建立平板注塑件模型,将改进成核理论计算得到的泡核密度作为边界条件进行模拟分析,得到了在注塑过程中的熔料填充时间和流动前沿处的温度,并分别在两个结果中取出参考点处的值作为后面泡孔长大计算的边界条件。采用Amon和Denson提出的泡孔模型,推导泡孔长大的方程。泡孔长大的机理可以分为下面两部分:流体动力学控制的长大和扩散控制的长大。并将两个控制泡孔长大的方程进行简化得到最终泡孔长大模型。将前面计算得到的参考点处的流动前沿温度、填充时间和临界泡孔大小作为泡孔长大的边界条件来计算制品表面参考点处的泡孔大小。参考粗糙度的表达方式,建立表面粗糙度表达的数学模型。将前面计算得到的制品表面参考点处的泡孔大小转换成表面粗糙度值,与文献中的实验结果进行对比。模拟得到的表面粗糙度值为Ra = 23.61μm,实验得到的表面粗糙度值为Ra = 26μm。因此可以认为本文研究方法能够比较好地反映实际加工情况。最后本文采用田口实验设计技术、多元回归技术,研究了微孔发泡注塑成型工艺参数与微孔制品表面粗糙度的关系,定量研究了成型工艺与微孔发泡制品表面粗糙度的复杂关系。提出了减小微孔发泡制品表面粗糙度工艺调整方案。通过线性回归分析得到了成型工艺与微孔发泡制品表面粗糙之间的数学模型,并对回归模型进行了统计分析,分析结果表明该模型能够很好地反映工艺参数和微孔制品表面粗糙度之间的关系。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
第一章绪论  10-25
  1.1 课题的研究背景  10-11
  1.2 微孔发泡注塑工艺特点及制品特点  11-16
    1.2.1 微孔发泡注塑工艺特点  11-13
    1.2.2 微孔发泡制品特点  13-16
  1.3 微孔发泡注塑理论  16-17
    1.3.1 微孔发泡注塑成型原理  16-17
  1.4 微孔发泡表面缺陷及提高表面质量的方法  17-24
    1.4.1 主要的表面缺陷及其形态分析  17-20
    1.4.2 提高微孔发泡表制品面质量的研究  20-24
  1.5 本文涉及的主要内容和方法  24-25
第二章微孔发泡注塑成型制品表面粗糙度模拟理论  25-47
  2.1 微孔发泡成核模型  25-37
    2.1.1 微孔成核理论  26-37
    2.1.2 成核理论小结  37
  2.2 泡孔长大模型  37-40
    2.2.1 单细胞模型  38-40
    2.2.2 泡孔长大理论小结  40
  2.3 材料物性参数的修正  40-43
    2.3.1 扩散率  41
    2.3.2 黏度模型  41-42
    2.3.3 表面张力  42
    2.3.4 热容和热传导率  42-43
  2.4 表面粗糙度的建模思想  43-46
  2.5 小结  46-47
第三章微孔发泡表面粗糙度计算的数值实现  47-59
  3.1 成核过程的计算  47-48
    3.1.1 材料性能  47
    3.1.2 发泡工艺  47-48
  3.2 制品填充过程模拟  48-53
    3.2.1 实验模型  48-50
    3.2.2 实验材料  50-51
    3.2.3 模型处理  51
    3.2.4 成型工艺  51-53
  3.3 表面粗糙度的计算  53-56
    3.3.1 制品表面泡孔大小的计算  53-55
    3.3.2 制品参考点处的粗糙度计算  55-56
  3.4 实验验证  56-57
    3.4.1 实验材料  56-57
    3.4.2 实验模型  57
  3.5 本章小结  57-59
第四章基于田口方法、多元回归分析的工艺设计和微孔发泡注塑制品表面粗糙度的控制  59-74
  4.1 基于田口实验设计技术工艺参数对微孔制品表面粗糙度影响程度的研究  59-66
    4.1.1 田口实验设计方法  59-61
    4.1.2 成型工艺对微孔成型制品表面粗糙度影响程度的研究  61-64
    4.1.3 方差分析  64-66
    4.1.4 实验结果验证  66
  4.2 成型工艺对微孔发泡制品表面粗糙度影响的多元回归分析  66-73
    4.2.1 回归分析的基本概念  67
    4.2.2 多元线性回归数学模型  67-70
    4.2.3 工艺参数与微孔尺寸的多元回归分析  70-73
  4.3 本章小结  73-74
第五章总结和展望  74-76
  5.1 主要结论  74-75
  5.2 研究展望  75-76
参考文献  76-80
致谢  80-81
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  81-84
附件  84

改善微孔发泡注塑成型制品表面质量的研究

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