陳興元，張亞濤，葛路通，黃世欣，李海梅
1 鄭州大學材料科學與工程學院
2 健行科技大學機械工程研究所
摘要： 採用正交試驗法研究了微孔注塑成型工藝引數(熔體溫度、模具溫度、注射速度、超臨界流體(scf)比例、背壓和預塑量)對製品不同截面泡孔密度、泡孔直徑的影響。結果表明：
影響泡孔尺寸和泡孔密度的主要因素是scf比例和背壓；優化後的工藝組合為熔體溫度290℃、模具溫度60℃、注射速度70 cm3
/s、scf比例0.6%、背壓15 mpa、預塑量29 cm3。
關鍵詞： 微孔發泡注塑成型；工藝引數；正交試驗法；泡孔形態
超臨界微孔發泡是將聚合物與作為物理發泡劑的超臨界流體混合後，在超臨界狀態下從螺桿**出而使體系達到熱力學不穩定狀態，從而形成直徑5~50 μm泡孔結構的技術。微孔發泡具有省料、節能、產品尺寸精度高、成型周期短、衝擊韌性好等特點，廣泛用於汽車、家電、建築等領域。在發泡成型過程中，微孔破裂引起製品外觀質量問題是研究的重要內容之一；同時泡孔形貌、材料、工藝、裝置效能之間的關係，一直是學界、業界關注的熱點。
在微孔注塑過程中，泡孔成核、生長、分布因裝置、工藝、材料的差異而不同。leicher等研究了熱固性聚氨酯工藝與泡孔形態的關係。胡廣洪等的研究發現，工藝引數對ps/co2製品微孔尺寸的影響程度從大到小分別是熔體溫度、超臨界流體(scf)含量、注射時間、預填充量和冷卻時間。
barzegari等的研究發現，發泡劑比例和注射壓力對泡孔形態影響較大。huang等的研究發現，合
適的噴嘴溫度可形成更均勻細化的泡孔結構；當提高注射速度或注射量時，泡孔的直徑減小，密度增大。gabriel等[9]用間歇法研究了co2超臨界流體在溶解和熱反應階段對聚碳酸酯(pc)泡孔結構的影響。文獻分別從理論和變模溫復合成型方面研究了皮層厚度、泡孔直徑與製品效能的關係。
因此，不同材料體系的微孔注塑對泡孔形態的影響因素也不相同。
本實驗採用正交試驗法研究了超臨界n2微孔發泡工藝引數對pc製品泡孔形態(泡孔尺寸、泡孔密度)的影響，將其按對微孔尺寸的影響程度進行排序，並由正交試驗結果獲得優化後的工藝條件。
1 實驗部分
1.1 原料
聚碳酸酯(pc)，lexan hf 1130r，美國ge公司；氮氣，純度99.99%，河南科益氣體工程****。
1.2 儀器與裝置
微孔注射機，420c all rounder 1000-350，德國arburg公司；掃瞄電鏡(sem)，quanta 200，荷蘭飛利浦公司。
1.3 試樣製備
用微孔注射機製備超臨界n2發泡pc製品，注塑工藝條件：熔體溫度300℃，模具溫度80℃，注射速度70 cm3/s，scf含量0.5%，背壓16 mpa，預塑量30 cm3試樣尺寸100 mm×100 mm×2 mm。
1.4 效能測試與表徵
1.4.1 sem觀測
微孔注塑製品中的泡孔尺寸和泡孔密度用掃瞄電鏡sem觀測，掃瞄試樣如圖1所示。選取方板製品中心m以及流動方向、垂直於流動方向對稱的4個位置，分別擷取5 mm×3 mm×2 mm的微體，掃瞄截面取5 mm×2 mm的縱切面。將其噴金後，用sem觀測。
1.4.2 泡孔直徑測定
採用smile view軟體和sem觀測結果，按astm d3576估算製品泡孔的平均直徑。
1.4.3 泡孔密度測定
製品截面泡孔密度根據泡孔直徑和公式(1)估算。
式(1)中，d為芯層厚度(圖2)，n1、n2和n3為三個測量位置的泡孔數目(圖3)，y為截面泡孔密度。
製品在成型過程中，泡孔受到剪下作用易出現剪下變形和(或)泡孔合併。為便於考察各位置的指標值(泡孔直徑和泡孔密度)，忽略泡孔變形程度較大的區域(圖2中剪下層)，用芯層代表整個截面；統計的泡孔直徑、泡孔密度為製品截面各位置的平均值。
2 結果與討論
2.1 正交試驗設計
工藝引數選用l18(36)正交表，其因素水平如表1所示，表2為正交試驗方案。
從表2可以看出，泡孔直徑在27.06~43.12 μm之間，截面泡孔密度範圍在1.
35×104~11.17×104個/cm2之間。泡孔直徑由相應工藝條件下芯層與剪下層兩區域內的泡核數決定。
通常，當製品內部的泡孔均勻分布時，泡孔直徑越小、泡孔密度越大，則製品的耐衝擊效能就越好。因此，泡孔直徑選取正交試驗優化的最小值，截面泡孔密度選取正交試驗優化的最大值。
2.2 正交試驗結果分析
表3為正交試驗結果及極差分析。
從表3可以看出：(1)本實驗所選六種工藝引數中，對泡孔直徑影響最大的為scf比例，最大泡孔直徑差值為4.90 μm，最大泡孔尺寸減小12.
4%。在一定範圍內，隨著scf比例的增加，泡孔成核所需克服的能壘降低，進而使得泡孔的成核率提高，泡核數增加，由於泡孔生長的競爭作用，泡孔直徑減小。這從乙個側面驗證了leicher和huang等的觀點，即泡孔尺寸可以通過改變scf比例來控制。
(2)六種工藝引數對泡孔尺寸的影響程度由大到小依次為：scf比例、注射速度、預塑量、模具溫度、熔體溫度、背壓(即d＞c＞f＞b＞a＞e)。(3)本實驗所選六種工藝引數中，對截面泡孔密度影響最大的為背壓，通過改變背壓可使泡孔密度最大相差2.
58×104個/cm2，最大泡孔密度增大105.7%。在一定範圍內，公升高背壓可使熔體在充填過程中的壓降更加明顯，這將有助於泡核的形成，進而可以提高塑件的截面泡孔密度。
(4)六種工藝引數對截面泡孔密度的影響程度由大到小依次是：背壓、scf比例、模具溫度、注射速度、預塑量、熔體溫度(即e＞d＞b＞c＞f＞a)。(5)泡孔直徑和泡孔密度的最優工藝引數組合分別是a3b3c1d3e2f1、a1b1c1d3e2f1。
當將截面泡孔密度作為優先考慮的因素進行工藝優化時，得到的最優工藝組合為a1b1c1d3e2f1。即降低充填時的熔體溫度可增大製品的截面泡孔密度，這與wong等的結論一致。此外，降低模具溫度會導致製品的泡孔直徑增大，泡孔密度減小。
因為隨著模具溫度的降低，熔體與模具間的溫差增大，使熔體黏度公升高、固化速度加快，進而導致製品皮層厚度增加。隨著皮層厚度的增加，氣體向芯層匯集，使得芯層的氣體增多。當芯層泡核數一定時，泡孔內氣體量越大，泡孔直徑就越大。
並且製品皮層厚度的增加可使熱傳導速率減小、芯層降溫速度放緩，這有利於泡孔的生長(泡孔生長阻力更小、生長時間更長)。當泡孔直徑增大後，單個泡孔內的氣體增多，導致開始生成的泡核長成較大的泡孔後，佔據了較多的氣體，使後來生成的泡核沒有足夠的氣體生長成泡孔，導致泡孔密度降低以截面泡孔密度為指標進行優化，最優工藝組合為a1b1c1d3e2f1，對應的sem觀察結果如圖4(a)所示，圖4(b)為3號試驗(未優化)的sem觀察結果。從圖4可以看出，優化後，截面泡孔密度增大，泡孔均勻性提高，泡孔直徑減小。
3 結論
(1)在所選工藝引數中，對泡孔直徑影響最大的為scf比例，通過調節scf比例，泡孔直徑最大可減小12.4%；對泡孔密度影響最大的工藝引數是背壓，通過調節背壓，截面泡孔密度最大可提高105.7%。
(2)以截面泡孔密度為指標進行優化，優化後的工藝引數組合為：熔體溫度290℃、模具溫度60℃、注射速度70 cm3/s、scf比例0.6%、背壓15 mpa、預塑量29 cm3(a1b1c1d3e2f1)。
工藝優化後，根據數值模擬和sem統計結果，泡孔直徑範圍為34.87~38.61 μm，泡孔直徑差減小了3.
74 μm，泡孔均勻性提高了31.0%；截面泡孔密度從2.34×104個/cm2增加到4.
34×104個/cm2，提高了46.0%。
如何調注塑機工藝引數
5，冷卻水和冷卻時間的控制，這個問題不太好用語言來說明，要具體情況具體分析了，有問題再和我交流吧 以上就是我個人認為再注塑工藝中相對比較重要的幾點，總之有一點是非常關鍵的，就是所有的資料都要由低到高地進行除錯，否則很可能對模具造成永久性的損毀，後果不堪設想。調注塑工藝引數的依據是什麼？溫度的控制熱電...
注塑成型工藝流程及工藝引數
注塑工藝引數 1 注塑壓力 注塑壓力是由注塑系統的液壓系統提供的。液壓缸的壓力通過注塑機螺桿傳遞到塑料熔體上，塑料熔體在壓力的推動下，經注塑機的噴嘴進入模具的豎流道 對於部分模具來說也是主流道 主流道 分流道，並經澆口進入模具型腔，這個過程即為注塑過程，或者稱之為填充過程。壓力的存在是為了克服熔體流...
重點 注塑成型工藝流程及工藝引數
注塑工藝引數 1 注塑壓力 注塑壓力是由注塑系統的液壓系統提供的。液壓缸的壓力通過注塑機螺桿傳遞到塑料熔體上，塑料熔體在壓力的推動下，經注塑機的噴嘴進入模具的豎流道 對於部分模具來說也是主流道 主流道 分流道，並經澆口進入模具型腔，這個過程即為注塑過程，或者稱之為填充過程。壓力的存在是為了克服熔體流...