水辅注射成型iPP制品的形态结构

论文摘要

水辅注射成型（Water-Assisted Injection Molding, WAIM）是在气辅注射成型（Gas-Assisted Injection Molding, GAIM）和常规注射成型（Conventional Injection Molding, CIM）的基础上发展而来的一种新型聚合物成型加工技术。WAIM在制备厚壁、管状制品及大型平板类制件时具有独特的优越性,近年来吸引了众多学者的广泛关注。但截至目前,研究的工作重点主要集中在水穿透过程中的数值模拟、制品的宏观质量和成型工艺的关系、水道结构及水针的设计等方面,而有关WAIM制品结晶形态方面的研究还鲜有报道。鉴于此,本论文利用偏光显微镜、小角X射线散射和广角X射线衍射等表征手段,重点研究了WAIM工艺条件下,等规聚丙烯（Isotatic Polypropylene, iPP）制品的形态结构形成和演化机理,以及p成核剂对制品形态结构形成的影响。并通过WAIM和CIM在工艺过程中物理场异同点的机理进行比较分析研究,阐明了iPP制品结晶形态和取向行为的形成原理和影响机制,从而为进一步改善WAIM制品的性能提供理论指导和实验依据。主要研究结果如下：（1）研究了WAIM工艺条件下,iPP制品的结晶形态和取向行为,发现制品从模壁边到水道边,根据其形态结构分布的不同,宏观上可大致划分为三层：表层、芯层和水道层；并且由于水穿透作用,表层和水道层有更多的shish-kebab结构生成。（2）通过对不同分子量iPP的WAIM制品结晶形态和取向行为的研究,发现低分子量iPP制品的表层和水道层要比高分子量的iPP制品对应层保留有更多的shish结构。（3）研究了p成核剂对WAIM工艺条件下的iPP制品层次结构的影响。结果发现,β成核剂能够显著影响WAIM制品的层次结构。低含量的β成核剂可使WAIM制品的取向区域明显扩大；高含量的β成核剂,使制品内部晶粒变的非常细小,取向区域与各向同性区域的边界消失,制品整个壁厚方向上的层次结构趋于均一。（4）通过对不同β成核剂含量的WAIM制品各层中shish-kebab结构的研究,我们发现,p成核剂能够促进WAIM制品中shish-kebab结构的生成。当β成核剂的含量增加到1%时,shish-kebab结构的存在区域扩展到WAIM制品的芯层。并且WAIM制品各层的结晶度,β晶含量和取向行为都随p成核剂含量的增加有显著提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图和附表清单
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 水辅注射成型概述
• 1.2.1 WAIM的基本原理
• 1.2.2 WAIM所需的主要设备
• 1.2.3 WAIM所采用的工艺方法
• 1.2.4 WAIM的优缺点
• 1.3 水辅注射成型的研究现状
• 1.4 注射成型聚合物的结晶形态
• 1.4.1 聚合物的结晶成核理论
• 1.4.2 iPP的晶型
• 1.4.3 注射成型聚合物常见的结晶形态
• 1.5 本论文的研究目的及研究内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 2 水辅注射成型设备的设计与组装
• 2.1 水辅注射成型设备的研发现状
• 2.2 水辅注射成型设备的设计思路及其组成
• 2.3 小结
• 3 水辅注射成型等规聚丙烯的结晶层次结构
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要原料
• 3.2.2 成型设备及样品制备
• 3.2.3 分析测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 iPP（T30S）制品的晶体形貌及分布特点
• 3.3.2 iPP（T30S）制品中分子链及片晶的取向行为
• 3.3.3 iPP（T30S）制品的晶型及分布特点
• 3.3.4 iPP（V30G）制品的晶体形貌及其取向行为
• 3.4 小结
• 4 β成核剂对水辅注射成型制品结晶形态的影响
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 成型设备及样品制备
• 4.2.3 分析测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 β-NA对WAIM制品晶体形貌和取向行为的影响
• 4.3.2 β-NA对WAIM制品晶型及其分布的影响
• 4.4 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 本论文的主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及所参与的科研项目
• 致谢