基于微孔发泡注塑成型的制品表面质量与多孔支架制备研究

论文摘要

微孔发泡注射成型技术是近年发展起来的一种新型聚合物成型加工方法,此种法可以降低加工温度、降低注射压力、减小对锁模力、缩短成型周期和节约能耗。微孔气泡在制品内部均匀分布,泡孔的内压可以抵抗塑料制品成型过程中的冷却收缩,使制品具有尺寸稳定性好及质量轻的特点。然而,这项技术也存在一些限制,最突出的是微孔发泡注射成型制品的表面质量不够好,经常伴有气穴和银纹等表面缺陷。当制品对外观有严格要求时,微孔发泡注射成型技术的应用就受到限制。因此,如何改善微孔发泡注射成型制品的表面质量对于微孔发泡注射成型技术的发展具有重要意义。进而如何在促进微孔发泡注射成型技术发展的同时,可以降低设备成本和简化流程,并且从根本上解决微孔制品表面质量不好的难题,对微孔发泡注射成型技术提出新的挑战。不仅如此,在对微孔发泡注射成型技术研究的基础上,促进其在其他领域,特别是在医疗领域的应用,为微孔发泡注射成型技术指出新的发展方向。本课题系统的研究了应用滑移作用和应用可膨胀热塑性微球（ETM）做为发泡剂的两种方法对改善微孔发泡注射成型制品表面质量的作用。研究发现,应用滑移作用,通过在聚合物基体中添加外润滑剂可以有效增强滑移作用,从而改善发泡制品的表面质量。定义滑移速度定量表征滑移作用,滑移速度是外润滑剂添加量和加工参数（注射速度、模具温度）的函数。第二种方法,应用可膨胀热塑性微球（ETM）做为发泡剂提高微孔发泡注射成型制品的表面质量。应用ETM做为发泡剂,在常规注射机上实现制备微孔塑料制品,由于微球本身的皮层结构能够限制气体的溢出而使微孔制品具有较好的表面形态。实验结果表明应用滑移作用和应用ETM做为发泡剂的方法可以有效的降低微孔发泡注射成型制品的表面粗糙度。随着微孔发泡注射成型技术的发展,现在的研究热点和难点集中于如何在保持微孔塑料众多优点的基础上,可以节约设备成本和原材料成本,同时还可以改善微孔制品的表面质量。本文研制成功以水做为发泡剂的新型微孔发泡注射成型技术,并且在自行搭建的实验平台上实现制备微孔发泡注射成型聚碳酸酯制品。在制品重量降低10%时,以水做为发泡剂的微孔制品（如聚碳酸酯）比以超临界流体作为发泡剂的制品具有更好的表面质量,几乎媲美于固体注射制品。新型微孔发泡注射成型技术:把盐水泵入到料筒中,水作为物理发泡剂,重结晶的盐粒子（1020微米）作为成核剂。此过程不需要复杂的超临界流体控制单元和注气单元,从而大幅度节约设备成本。本论文不仅深入探讨微孔发泡注射成型技术本身,还进一步研究了微孔发泡注射成型技术的应用,特别是在制备组织工程多孔支架领域的应用。在微孔发泡注射成型混合物制品中,由于不同聚合物之间的互补作用而表现出不同于单相聚合物制品的性能。本文对比研究了固体和微孔发泡注射成型聚（己二酸丁二酯-对苯二甲酸丁二酯） （PBAT）/聚乙烯醇（PVA）混合物及聚乳酸（PLA）/聚乙烯醇（PVA）混合物两相体系的热性能,流变性能,机械性能,两相体系的微观形态和泡孔的微观结构。在对微孔发泡注射成型可降解两相系混合物研究的基础上,制备出具有多孔性通孔的PLA支架。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 微孔塑料
• 1.2 微孔塑料的成型方法
• 1.2.1 间歇式微孔发泡
• 1.2.2 微孔发泡连续挤出成型
• 1.2.3 微孔发泡注射成型
• 1.4 研究意义和研究内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 应用滑移作用改善微孔发泡注射成型制品表面质量的研究
• 2.1 概述
• 2.2 试验过程和分析方法
• 2.2.1 熔融过程
• 2.2.2 测试方法
• 2.3 润滑剂含量对滑移作用和表面质量的影响
• 2.4 加工参数对滑移作用和表面质量的影响
• 2.5 滑移速率的计算
• 2.6 本章 小结
• 第三章 应用可膨胀微球改善微孔发泡注射成型制品表面质量的研究
• 3.1 概述
• 3.2 试验过程和分析方法
• 3.2.1 熔融过程
• 3.2.2 测试方法
• 3.3 应用ETM 为发泡剂的通用塑料基（PP, LDPE, PS）微孔制品的研究
• 3.3.1 表面粗糙度
• 3.3.2 拉伸性能
• 3.3.3 微观形态和泡孔结构
• 3.4 应用ETM 改善可降解塑料基（PLA）微孔制品表面质量的研究
• 3.4.1 表面粗糙度
• 3.4.2 拉伸性能
• 3.4.3 微观形态和泡孔结构
• 3.5 应用ETM 改善可降解PHBV/PBAT 混合物微孔制品表面质量的研究
• 3.5.1 表面粗糙度
• 3.5.2 拉伸性能
• 3.5.3 微观形态和泡孔结构
• 3.6 本章 小结
• 第四章 应用水做为发泡剂的新型微孔发泡注射成型及制品性能研究
• 4.1 概述
• 4.2 实验流程
• 4.2.1 熔融加工
• 4.2.2 测试方法
• 4.3 制品的表面质量
• 4.4 制品的重量
• 4.5 制品的拉伸性能
• 4.6 微观形态和泡孔的微结构
• 4.7 蒸汽泡孔异相成核过程的理论分析
• 4.7.1 盐溶液和聚碳酸酯的熔融共混过程
• 4.7.2 蒸汽泡孔的异相成核理论分析
• 4.8 本章 小结
• 第五章 微孔发泡注射成型两相体系混合物的性能与多孔支架制备的研究
• 5.1 概述
• 5.2 试验进程
• 5.2.1 熔融过程
• 5.2.2 测试方法
• 5.3 关于固体和微孔发泡注射成型PBAT/PVA 混合物的研究
• 5.3.1 固体PBAT/PVA 混合物的流变性能分析
• 5.3.2 固体和微孔PBAT/PVA 混合物的拉伸性能分析
• 5.3.3 固体PBAT/PVA 混合物断面的微观结构
• 5.3.4 微孔PBAT/PVA 混合物断面的微观结构
• 5.4 关于固体和微孔PLA/PVA 混合物的研究及制备多孔性PLA 支架
• 5.4.1 计算相互作用参数
• 5.4.2 固体PLA/PVA 混合物的热性能分析
• 5.4.3 固体PLA/PVA 混合物的流变性能分析
• 5.4.4 熔融共混法制备多孔性PLA 支架
• 5.4.5 微孔发泡注射成型法制备多孔性PLA 支架
• 5.4.6 在多孔性PLA 支架上培养细胞
• 5.5 本章 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件