论文摘要
微孔注射成型是一种新型注射成型过程。微孔发泡制品中均匀分布着大量的气泡,气泡半径为5～100微米,与不发泡的制品相比,具有很多优点,比如重量减轻,尺寸稳定性更高,挤压强度、刚度比增大,绝热绝缘性能更优,相比传统发泡成品拉伸强度也降低得很少。微孔注射成型也具有周期短且注射压力锁模力降低等优点。微孔注射成型过程可划分为四个阶段:1)超临界流体注入聚合物熔体中,形成单相溶液。2)快速降低压力或温度,气体经历热力学不稳定在聚合物空穴中形成大量的气泡核。3)气泡的长大。4)成型定型。由于超临界流体、气泡的存在,使得微孔注射成型过程比传统注射成型复杂得多。而迄今为止国内外对微孔注射成型的研究还极为少见,因此对其成型过程机理研究显得很有必要。本文的研究工作主要如下:采用“细胞单元”(cell unit)建立了泡孔长大的数学模型,在此基础上,应用流体动力学理论和扩散定律,描述微泡生长过程中的动量传递和质量传递过程,并在综合考虑泡孔对熔体密度、粘度的变化的影响以及气泡生长对熔体流动的驱动的相互作用影响基础上,通过与微泡生长方程藕合,建立了描述其成型过程的聚合物非稳态非等温的准三维微孔注射成型充模流动过程的理论数学模型。通过采用不连续Galerkin法,“上风法”和以分层控制体积的体积贡献为权函数的加权平均等有限元稳态离散技术,建立了与本理论模型相适应的高效稳态数值算法。通过数值模拟,研究了微孔发泡注射成型工艺制品的质量与注射工艺参数、流变参数之间的关联关系,得到了主要工艺参数和流变参数对最终泡孔尺寸、翘曲变形和体积收缩等的影响规律。还探讨了不同发泡剂(氮气和超临界二氧化碳)对成型过程的影响。并基于流变学理论,揭示了其影响机理。