聚合物微注射成型过程的流变规律及其成型工艺研究

【摘要】：以聚合物材料为成型材料的微制品成型主要有微注射、微挤出等加工方法,微制品采用聚合物材料的主要原因是因为其具有成型较快捷、耐腐蚀性好、密度较常规材料小、比强度较金属材料高等优点,聚合物微制品加工成型与传统的注射、挤出成型的差别,主要表现在成型模具的微尺度对聚合物熔体黏度、弹性等性能的影响,并且由此引起的聚合物熔体在成型聚合物制品时成型工艺有所变化,本文着重研究微尺度对聚合物成型加工过程中的影响,主要的工作如下： 1,利用先进的机械加工方法,加工出了微口模和适宜于微口模的流变机头； 2,利用所加工的微口模和机头,对常用的聚丙烯(PP)材料做流变实验,实验结果发现：用直径为0.25mm、0.20mm、0.15mm的微口模测试的粘度都比直径为1.5mm下测试的粘度低,0.25mm下降低了33%-64%,0.20mm下降低了35%-55%,0.15mm下降低了71.2%-94.7%； 3,以常用的幂律粘度模型为基础,在考虑微尺度对粘度的影响基础上,对常用的模型分别进行了系数修正和指数修正,经过验证发现：修正后的系数修正模型和指数修正模型都能够很好的表征实验所用的微尺度下的粘度,利用修正后的两种模型能够比修正前的模型更适宜于微尺度下的粘度预测； 4,应用挤出胀大方法和入口压力损失两种表征方法来分别表征微尺度下聚合物熔体所表现出来的弹性,对比发现入口压力损失能够较好的表征微尺度下的聚合物熔体流动中所表现出来的弹性； 5,在应用入口压力法表征聚合物熔体弹性的实验中,发现随着微尺度的减小,聚合物熔体的弹性随着剪切速率增加的增加趋势变大,建立了常规尺度下聚合物熔体的线性弹性模型,以常规尺度下线性弹性模型为基础,考虑微尺度影响的基础上,建立了适用于微尺度下的弹性模型,该模型能够较好的表征出微尺度下聚合物熔体在实验条件下的熔体弹性； 6,应用边界层滑移公式,计算出了熔体在滑移层上的滑移速度和边界层厚度,发现随着剪切速率的增加,边界层厚度逐渐减小,边界层处的滑移速度逐渐的增加,因此在微口模壁面处剪切速率会增大,并且会出现剪切变稀的现象； 7,运用尺度跟微口模尺度接近的微换热器进行了成型工艺的正交试验,正交试验的结果显示保压压力和保压时间对于成型制品的影响较大,由于微尺度的存在所致的粘度降低、壁面滑移现象有助于微换热器成型。