气体辅助注塑成型技术—一项向传统注塑工艺挑战的未来技术

气辅注塑成型技术是为克服传统注塑成型和发泡成型的局限性面发展起来，近几年来才开始进入实用阶段的一种新工艺。它利用高压气体在注塑件内部产生中空截面，实现气体积压，消除制品缩痕，完成充填过程。     

超临界氮气对聚苯乙烯微观形态的影响——喷泉效应与层状结构的形成

当流体的温度和压力处于它的临界温度和临界压力以上时,称该流体处于超临界状态,为超临界流体.超临界流体表现出许多不同于一般气体和液体的特性,如溶质在超临界流体中的溶解度可较同温常压下溶质在同种气体中的溶解度大很多,超临界流体密度与液体的密度相近,其粘度却比液体小近百倍,导热系数比常压气体大得多等.由于超临界流体具有这些不同寻常的特性,因而以超临界萃取为代表的超临界流体已有广泛的工业应用.近年来超临界流体在聚合物加工中的应用逐渐受到重视,如超临界分级、造粒、气体辅助注塑成型、发泡成型等[1～3].     

聚合物气体辅助注射成型制品的形态结构

作为一种由常规注射成型发展起来的聚合物加工技术,气体辅助注射成型具有节约原材料、缩短成型周期以及提高制品性能等优点,已得到广泛的应用.由于气辅成型过程是一个在刚、柔双重约束界面条件下进行的多相复杂体系的多次流动过程,因而其形态结构的形成、发展和演化要远比常规注塑成型复杂.然而在气辅成型的形态结构方面,国内外的研究一直以来开展得较少.近年来,作者在聚合物及其共混物、复合材料气辅成型制品的形态结构方面已开展了广泛的研究工作,本文对这些工作和一些重要结果作了总结,并简要分析了成型过程中剪切场对形态演化的影响,最后对该研究方向的发展趋势作了展望.     

气辅注塑CAE模拟技术的理论基础及分析实例

阐述了CAE模拟技术在气体辅助注射成型模具设计过程中的重要意义；介绍了气体辅助注射成型充填流动分析及保压分析中塑料熔体所遵循的数学模型和粘度参数模型，并介绍了在粘性流体力学基础上对数学模型进行了合理的简化和假设的方法；运用CAE软件C—MOLD对汽车保险杠模具结构设计及成型工艺条件进行了气辅注射成型模拟分析，优化了气体充填成型工艺和充填效果，改善了制品表面质量和力学性能，提高了首试成功率。     

气体辅助注射成型表层熔体形成机理的分析

基于等温条件下下幂律流体的流动分析,对圆管气体辅助注射成型过程中影响表层熔体形成的因素进行了分析,指出在等温条件下牛顿流体所形成的表层熔体厚度比值约为0．3,接近试验值0．34－0．37,非牛顿流体的值（＜0．3）小于实际气辅成型值（约0．38）。文中对产生这一偏差的非等温条件下的影响因素进行作了进一步的分析,认为除了熔体温度、模具温度以及气体延迟时间对聚合物表层熔体的形成有重要影响,熔体／气体前沿之间的压力梯度值以及熔体／气体界面之间的剪切应力都对气体穿透过程中表层熔体的形成有重要影响。     

在低频振动场中注塑成型iPP试样的结构与性能研究

利用自行研制的低频振动注塑成型装置进行等规聚丙烯(iPP)试样的结构与性能研究.实验中对常规注射和振动注射成型的试样力学性能和微观形态进行了对比实验.采用低频振动注塑成型工艺实现了IPP试样的自增强,在190℃下进行注射,强度由常规试样的41.3 MPa最大提高到振动试样的48.4 MPa(振幅PA=59.4 MPa,振频FR=0.7 Hz),强度提高了17.2%;SEM显示常规试样芯层结构主要由球晶构成,振动注射使球晶在流动方向上变形、取向,晶粒尺寸得到细化;DSC表明振动注射促进熔融峰向高温漂移,晶体结晶更加完善,结晶度最大提高了12.1%;WAXD显示低频大振幅振动注塑有利于γ晶型的生成,γ晶型有利于试样实现自增强.     

iPP/HDPE/CB复合材料的制备及反常的温度-电阻效应

本文利用普通熔融挤出法制备了iPP/HDPE/CB复合材料, 分别采用注射成型及压制成型方法得到测试试样. 通过研究复合材料体积电阻率随温度的变化, 考察注塑试样和压制试样的PTC特性及复合材料形态结构与试样PTC特性之间的关系.     

模腔温度对注塑微孔发泡POM盖板泡孔结构和表面质量的影响

研发一种包含电加热和水冷却的快速热循环成型技术,以改善采用超临界氮气为物理发泡剂的注塑微孔发泡聚甲醛(POM)盖板的表面质量.通过优化设计,整个模具型腔表面的温度均匀性得到明显改善.定量研究模腔表面温度(T_M)对注塑微孔发泡POM盖板的泡孔结构和表面质量的影响,并分析相关的机理.结果表明,提高T_M可减小微孔发泡POM盖板的未发泡皮层厚度,但使其泡孔的直径少量增加、分布均匀性降低.使T_M从40提高至150℃可明显改善微孔发泡POM盖板的表面质量、减小表面粗糙度达85%,而不会明显增加成型周期.T_M取150℃时可消除常规注塑微孔发泡存在的制品表面缺陷.T_M要适当高(约130℃)以在改善微孔发泡POM盖板表面质量的同时保持良好的泡孔结构.     

聚乙烯复合导电塑料性能

通过将高密度聚乙烯、SEBS、导电炭黑和炭纤维等原材料混合、造粒、注塑成型等工艺制备了聚乙烯复合导电塑料样品,测试了其物理化学性能。样品具有不渗液、导电性高、耐腐蚀、其SEM图表明了样品形成导电网络,适合用作钒电池的集流体。     

生物医用材料自增强工艺的研究现状及前景展望

介绍了生物医用材料自增强的概念,重点介绍了纺丝、熔体注塑和挤出、纤维集束模压成型、定向自由拉伸、固态挤出、成纤模压等自增强工艺,对这些自增强工艺的原理作了简要的介绍,并对生物医用材料的发展前景进行了展望。     

基于正交试验法的聚乙醇酸精密注塑工艺研究

采用正交试验对聚乙醇酸(PGA)的精密注塑工艺进行优化.考察了注塑压力、注塑速度、背压对精密注塑产品质量的影响趋势和程度,并对试验结果进行了极差分析和方差分析.结果显示背压对注塑产品质量影响最大,其次是注塑速度,最后是注塑压力;注塑参数的最优组合为:注塑压力80 MPa,注塑速度60％,背压60％.     

耐高温聚酰亚胺树脂研究

综述了耐高温聚酰亚胺树脂及其碳纤维增强复合材料、耐高温聚酰亚胺超级工程塑料和高性能功能性聚酰亚胺薄膜等的研究进展。耐高温聚酰亚胺树脂包括第一代耐316℃系列、第二代耐371℃系列、第三代耐426℃3个系列的产品;耐高温聚酰亚胺超级工程塑料包括反应性热模压成型和高温注塑成型的材料;高性能聚酰亚胺薄膜包括透明性聚酰亚胺薄膜和抗原子氧PI薄膜树脂。本文介绍了它们的结构,工艺以及性能,并对其在航天、航空空间技术及微电子等其它领域中的应用情况做了简单的介绍。     

振动注塑PP的拉伸蠕变研究

分别通过改变机械振动注塑机的频率(5~25 Hz)和压力(10~18 MPa)获得不同条件下成型的PP样条,然后在各种成型条件下的PP样条上分别施加相同的拉伸力(F=125 N),进行24 h拉伸蠕变实验.结果表明,在相同的振动频率(10 Hz)和不同的振动压力下成型的PP试样,其24 h蠕变量随着压力的增大而减小;在相同振动压力(12 MPa)和不同的振动频率下成型的PP试样,其24 h蠕变量随着频率的增大而增大.当振动频率达到f=10 Hz的时候,其24 h拉伸蠕变量的变化趋于平缓.同时,也对不同振动条件下注塑的PP试样进行拉伸实验,冲击实验和动态力学性能测试,讨论了成型条件对性能的影响.     

剪切应力场中聚丙烯熔体在近熔点处冷却结晶的晶体结构研究

通过自主设计的动态保压注塑成型装置研究剪切应力场下聚丙烯(PP)熔体在近熔点处冷却结晶的晶体结构.用扫描电子显微镜(SEM)、示差扫描量热法(DSC)和广角X射线衍射(WAXD)分析了PP试样在近熔点处冷却后从表层到剪切层的结晶结构的变化.SEM研究表明,与传统注塑成型样品(SL)和剪切力场中高熔体温度下冷却得到的试样(DH)相比,近熔点附近冷却得到的PP试样(DL)从表层到剪切层的结晶结构和形态有明显变化.DL从表层到剪切层均生成了尺寸较大的取向结晶结构,无明显的串晶产生.DSC研究表明,与SL和DH相比,DL剪切层无脊纤维晶熔融峰且晶片熔融温度较高,证明其样品内部晶片尺寸较大.WAXD进一步研究显示,DL内部主要晶面(110,040和130)的结晶尺寸与SL和DH相比并没有发生明显改变.     

密闭式电喷雾离子源中流场的分布特征

利用流体力学模拟软件Fluent构建了电喷雾离子源的二维模型，并基于所构建的模型探讨了离子源构型、辅助气引入方式、气体流速对源内流场分布的影响。结果表明，相比于其它两种结构，矩形结构的离子源能够提供较为稳定的流场。通入同轴辅助气和正交方向辅助气都能够起到聚集样品喷雾的效果，但作用效果却并不相同。提高同轴辅助气流速，能够增大喷口处混返区域，改变气流驻点位置。而增大正交方向辅助气流速，虽然同样能够提高源内各处气体流速，但并不会改变喷口处混返区域的大小。以Turbo V离子源为研究对象，考察了喷针位置、辅助气流速对溶液总离子流的影响，实验趋势与模拟结果基本吻合。     

热塑性聚酰亚胺及其改性材料的制备与性能

聚酰亚胺具有优异的耐高温性能,但其熔融、加工性能较差,限制了其广泛应用。通过在聚酰亚胺分子结构中引入柔性基团、设计分子结构的异构化等方法,可制备热塑性聚酰亚胺,使得其加工性能得到改善,并可通过挤出、注塑等成型加工。本文在对热塑性聚酰亚胺单体及其树脂的合成方法进行综述的基础上,讨论了热塑性聚酰亚胺改性尼龙、聚醚醚酮、环氧树脂等材料的制备方法和性能特点,并对聚酰亚胺改性工程塑料的未来发展方向进行展望。     

一种检定辅助系统对气体分析仪检定结果的影响

对自行研制的气体分析仪检定用辅助系统进行性能评定。选择多种不同测量原理及进气方式的气体分析仪,分别利用仪器自带标定罩及自行研制的检定辅助系统对仪器进行计量检定。根据试验结果,使用该系统进行检定时,6种扩散式气体分析仪的响应时间比使用标定罩时平均增加了67.2%,而示值误差平均减小了9.2%,重复性(RSD)平均减小了19.6%;4种吸入式气体分析仪的响应时间平均减小了9.3%,示值误差平均减小了0.1%,重复性平均增加了4.7%。实验结果表明该系统对准确反映扩散式气体分析仪的计量性能有明显帮助。     

热、力及其复合外场原位辅助熔融沉积成型技术研究进展

熔融沉积成型(fused filament fabrication, FFF)是典型的聚合物增材制造技术之一,因其原料利用率高,成型原理简单且成本低而受到广泛关注。然而,FFF技术采用逐层堆积的加工方式,导致其成型件的层间界面结合强度较弱、宏观力学性能呈各向异性,因此较少用于工业领域关键零部件的制造。为此,发展了外场原位辅助的FFF技术,借助热场、力场及其复合外场,原位促进FFF成型过程中的层间结合行为,进而提高FFF成型件的宏观力学性能。本文从FFF成型的层间结合现象出发,归纳无定形聚合物和结晶性聚合物的层间结合机理,概述热场和力场对层间结合的影响机制,综述各类热、力及其复合外场辅助FFF技术的研究进展,并讨论各类原位辅助技术对FFF成型件力学性能的改善与不足,最后展望该技术在材料、工艺与装置等方面的发展前景和趋势,为促进FFF技术的工程应用提供理论支撑和技术参考。     

微型注塑条件下POM/PEO/SiO_2三元复合体系的充填行为

采用固相剪切碾磨技术制备了聚甲醛/聚氧化乙烯/二氧化硅(POM/PEO/SiO2)三元复合材料并实现其微型注塑加工,研究了POM/PEO/SiO2复合体系的微型注塑加工窗口、影响微型注塑加工过程充填行为的因素及其微型制品的复型行为。结果表明,POM/PEO/SiO2复合材料具有良好的微型注塑可加工性,根据其微型注塑加工窗口可获得复型良好的微型制品;POM/PEO/SiO2熔体在微型注塑过程中充模时间短,冷却速率快;注射速度和模腔温度对POM/PEO/SiO2体系的充填行为具有显著影响。此外,因纳米SiO2加入量较少,其对熔体充填行为的影响不大。     

微型注塑条件下POM／PEO／SiO2三元复合体系的充填行为北大核心CSCD

采用固相剪切碾磨技术制备了聚甲醛/聚氧化乙烯/二氧化硅(POM/PEO/SiO2)三元复合材料并实现其微型注塑加工,研究了POM/PEO/SiO2复合体系的微型注塑加工窗口、影响微型注塑加工过程充填行为的因素及其微型制品的复型行为。结果表明,POM/PEO/SiO2复合材料具有良好的微型注塑可加工性,根据其微型注塑加工窗口可获得复型良好的微型制品;POM/PEO/SiO2熔体在微型注塑过程中充模时间短,冷却速率快;注射速度和模腔温度对POM/PEO/SiO2体系的充填行为具有显著影响。此外,因纳米SiO2加入量较少,其对熔体充填行为的影响不大。