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微注塑充模流动尺度效应及其模具关键技术研究

徐斌  
【摘要】: 随着应用领域的不断扩大,微注塑成型制品特征尺寸越来越微小。微尺度下聚合物熔体充模流动具有明显的尺度效应,许多宏观尺度忽略的影响因素在微注塑成型过程中可能对熔体流动产生影响,包括流变特性、壁面滑移、粘性耗散、双电层效应、表面张力等,导致传统注塑充模流动理论与分析方法不能完全适用于微尺度的注塑成型工艺过程。因此研究微尺度效应作用下的熔体充模流动过程影响因素,对于揭示微尺度效应的作用,建立微注塑熔体充模流动动力学模型,指导模具设计,提高制品的成型质量具有重要的指导意义和实用价值。本文的主要研究内容如下: 1、根据毛细管流变仪测量原理,分析了表体比增大对熔体流变特性的影响机理,基于KelVin—Voigt本构模型,建立了微尺度下聚合物熔体的粘度模型,表征了微通道特征尺寸与熔体粘度的关系,通过不同特征尺寸的毛细管口模进行了流变实验。 2、基于微尺度聚合物熔体粘度模型和Mooney壁面滑移速度测量原理,分析了微尺度效应对壁面滑移速度的影响,通过考虑尺度因子对传统壁面滑移模型进行了修正,建立了微尺度熔体的壁面滑移模型。引用修正前的模型和修正后的模型,通过数值模拟获得了不同特征尺寸毛细管口模的压力降并与实验值进行了对比。在此基础上,研究了微尺度壁面滑移对熔体充模流动的影响规律。 3、在理论分析粘性耗散的基础上,提出了微尺度聚合物熔体粘性耗散测量方法,以双料筒毛细管流变仪为基础,研制了粘性耗散的测量装置并以不同特征尺寸的毛细管口模进行了粘性耗散温升的测量。采用微切片方法建立了毛细管口模截面径向温度分布方程,获得了毛细管口模出口平均温升计算模型,将实验测量与数值模拟结果进行了对比分析。在此基础上,研究了微尺度粘性耗散对熔体粘度的影响规律。 4、设计并制造了一模两腔细胞皿微注塑模具。采用微细电火花铣削技术,加工出了三维模具型腔。通过油水电相结合实现了快速变模温技术。在浇口前沿安装了温度和压力传感器,以在线测量注射成型过程中熔体温度和压力的变化。对模具型腔进行密封,采用抽真空实现了对模具型腔的排气,研究了抽真空对制品成型质量的影响。 5、考虑模具温度、熔体温度、注射速率、保压压力、保压时间五个影响因素,进行了细胞皿制品单因素成型工艺实验,通过极差分析,获得了三种材料的成型工艺参数对填充率影响的主次顺序,通过定性分析,研究了微小制品的成型工艺特点。


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