气体辅助注射成型制品形态结构及性能

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1、四川大学博士学位论文气体辅助注射成型制品形态结构及性能博士生：郑国强摘要材料加工工程专业指导老师：杨鸣波教授气体辅助注射成型(Gas-AssistedInjectionMolding，GAIM)是在常规注射成型(ConventionalIrliectionMolding，CIM)的基础上发展而来的一种新颖聚合物加工技术，目前已在工业界得到广泛应用。但是，关于@虹M工艺过程中的基本问题探索方面，截至目前，学术界的研究工作主要集中在气体穿透过程中的数值模拟、气道结构设计及其对制品力学性能的影响等方面。鉴于此，本文首先采用模拟手段阐

2、述GAIM和CIM工艺过程中物理场的异同，与此同时，重点研究聚合物及其共混物以及玻纤增强聚合物的GAIM制品的形态结构、形成机理和力学性能。通过以上研究，分析了GAIM和CIM在工艺过程中物理场异同点的机理，阐明了GAIM工艺过程结晶形态、相形态的形成以及玻纤取向行为的影响机制，从而为进一步改善GAIM制品的性能提供了理论指导和实验依据。主要研究结果如下：(1)采用数值模拟方法，研究聚合物在CIM工艺中的熔体充模过程、GAIM工艺中的短射以及气体穿透过程中物理场的变化。在GAIM工艺过程中，由于气体的穿透作用，熔体在型腔内前进

3、的速率和剪切速率要比短射和CIM充模过程中的速率和剪切速率大将近3个数量级，而GAIM工艺中的短射过程和CIM工艺中的充模过程中对应物理场大小大致相同：熔体在GAIM工艺过程中的冷却速率更快，因此其成型周期更短；(2)考察成型工艺参数对GAIM制品的穿透长度和残余壁厚的影响。结果表明，延迟时间和熔体温度对残余壁厚率和穿透长度的影响较大，预注射量和气体辅助注射成型制品的形态结构及性能气体压力对残余壁厚率的影响不大，但预注射量显著影响气体的穿透长度：(3)研究HDPE和iPP的GAIM制品的结晶形态、取向结构和力学性能，并和对应的

4、CIM制品进行对比。结果表明，由于气体的穿透作用更容易使聚合物取向结晶，所以(}AIM制品出现了shishkebab、shish等取向结晶结构，雨CIM制品基本上都是球晶结构。由于这些取向结晶结构的存在，GAIM制品的力学性能一般要优于ClM制品的力学性能，但气体压力对其力学性能的影响不大；(4)对PC／PE共混物的GAIM制品的分散相形态演化、横晶形成及其力学性能进行研究。根据分散相形态和形变程度，cIM和GAlM制品表现出不同的层次结构。分散相在CIM制品的表层形变程度最大，而在GAIM制品的芯层形变程度最大，且GAIM制

5、品中的分散相比CIM制品中的分散相有更大的长径比。导致这种差异的原因主要在于气体的穿透作用：尽管PC和PE两相极不相容，但在GAIM成型过程中，PE还可以在PC纤维上附生结晶而形成横晶结构。研究认为，宏观的剪切应力场不是形成横晶的主要因素，而PC粒子在形变过程中与PE界面之间形成的局部剪切应力场才是横晶形成的关键因素；气体的穿透有助于GAIM制品拉伸强度的提高，但有损于冲击强度。(5)考察了玻纤(GF)增强尼龙66和iPP复合材料GAIM制品中GF的取向规律、横晶形成以及其力学性能。GF在CIM制品的表层取向程度最大，而在GA

6、IM制品的芯层取向程度最大，这主要归因于熔体短射之后气体穿透所带来的二次剪切作用。尽管GF和iPP界面粘结不好，但在GAIM成型过程中，iPP仍旧能够在GF上附生结晶而形成横晶结构。研究认为，宏观的剪切应力场并不是形成横晶的主要因素，而GF在宏观应力作用下调整取向形态的过程中所形成的局部剪切应力场，以及刚性的GF和熔体之间不能同步前进所产生的速率差才是iPP在GF表面形成横晶的关键因素。关键词：气体辅助注射成型；常规注射成型；iPP；HDPE；PC／PE共混物；玻纤增强聚合物；气体穿透；剪切应力：串晶；横晶II四川大学博士学位

7、论文TheMorphology,StructureandPropertiesofthePartsMoldedbyGas—assistedInjectionMoldingMajor：MaterialProcessingEngineeringPh．DStudent：Guo-QiangZhengSupervisor：Prof．Ming-Bo砌略ABSTRACTGas-assistedinjectionmolding(GAIM)，allinnovativemoldingprocess，hasbeenrecentlydevelopedo

8、nthebasisofconventionalinjectionmolding(cIM)．Suchtechnologyhasbeenwidelyappliedinpracticalproduction．However,withrespecttothesubstantialpr