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精密注塑与微孔注塑机理及技术研究

许忠斌  
【摘要】:20世纪90年代,电子、通讯、医疗、汽车等行业迅速发展,对塑料制品的高精度、高性能的要求日益增强,为精密注射成型拓展了广阔的应用领域。近几年来,电脑、手机、各种光盘及微电子通讯产品用量急速增长,精密注射成型开始向高速超精密及微型化方向迈进。 光盘是目前精密注塑技术的标志性产品之一。光盘精密注塑技术要将微小的凹槽精密地复制出来,不仅塑料基片的平面度要求很高,而且要求质量很均匀、残余应力很低,在进行检测时双折射要低。可以说,它代表了目前精密注塑的最高水平。这对注塑加工工艺及其成型设备提出了极高的要求。本文针对工业上迫切需要的精密注塑技术及微孔发泡注塑技术,深入开展机理研究,并从原材料、注塑成型工艺及机械设备等多方面分析影响精密注射成型的各种因素。在系统论述精密注塑成型技术及各种影响因素的基础上,重点对光盘的注塑成型机理及技术作深入分析。其中,特别是光盘注塑充模、压缩及保压过程,研究成型过程各种因素对光盘制品质量的影响。 根据光盘注塑过程特点,分析流动诱导和热诱导的残余应力及质量不均匀性,选用Leonov本构方程,推导出光盘注射压缩成型过程的数学模型。考虑熔体前沿、模腔壁面及入口区的各个边界条件,采用控制体积/有限元法进行数值分析,并利用PVT方程和应力—光学关联式,求出不同的注射速率(切换时间)、压缩速度、压缩行程对光盘基片收缩率和质量不均匀性的影响规律;从而最终获得光盘基片注射压缩成型所需的合适的工艺参数值。 对普通注塑成型和注射压缩成型得到的光盘制品的熔体收缩率作了比较,从理论和实验结果说明,注射压缩成型比普通注塑成型能使光盘基片在成型过程中收缩均匀而且小。光盘制品的收缩率与熔体温度和充模结束时模腔内的熔体温度分布有关,而压缩速度、压缩行程、切换时间等注射压缩成型工艺参数以及光盘厚度是决定熔体温度及其分布的关键因素。在熔体充模结束后,保持同样的压缩压力下,采用短的切换时间、高的压缩速度和短的压缩行程将导致光盘制品的收缩率下降。 不同工艺条件下光盘制品双折射分布的数值计算表明,压缩行程、压缩速度和切换时间对盘片双折射有明显的影响,而保保压力、保压时间对盘片双折射的影响相对小些。也即,压缩行程减少、压缩速度


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