聚合物熔体振动技术在模具中的应用就是在聚合物熔体充模、保压阶段通过机械、电磁、声波、微波、气体等振动源在流道或模腔内部引入振动,使聚合物熔体受到周期性的压力和(或)剪切作用,从而生产出预期的制品。其工作原理主要是由于剪切和(或)周期性的压力作用致使熔体粘度降低,使熔体产生取向,使分子链的排列更加有序,提高其结晶度,改变聚合物的微观形态,而这些改善都会使制品的性能得到提高。
近年来,振动技术已应用于聚合物加工各个方主要从事聚合物振动成型加工研究,地址:四川成都市,四川大学高分子材料科学与工程系电话(028)54020 85基金项目:国家自然科学基金资助项目(29874025)面,下面对聚合物熔体振动技术在塑料成型模具中的应用进行探讨,以期为模具设计和制造提供。
2振动技术在注射成型模具中的应用2.1单点进浇模具现有的振动技术主要是在模具和喷嘴之间加一个辅助振动装置,如所示。螺杆旋转进料后,在保压过程中,活塞不停地来回抽动,使熔体受到剪切作用,分子链呈取向状态,并在冷却过程中固定下来。这种方法的关键在于制件冷却尚未充分之前,应控制浇口不要凝结,因此浇口应设计得比较大,常采用直浇口。它主要用于生产厚度大于5mm的制件以及短纤维增强热塑性塑料,能有效消除空隙和表面缺陷,而且可以控制制件的残留应力。PIbar认为高频率、低振幅的压力振动产生的热量可以抵消厚度方向上的温度梯度,改善制品的光学性能,从而能生产出以PS为基体的CD和CD―ROM,甚至能生产出满意的DVD碟片。
2.2多点进浇模具功了如所示的多点进浇模具。在螺杆进料后,通过由微机控制的2个活塞的来回抽动实现压力和剪切振动。由于熔体进入冷的模腔后要形成一层凝结层,在压力和剪切的作用下熔体发生取向和分子链的有序排列。与传统的注射成型相比,该模具有以下几个优点:使产品设计更加自由化,可以设计并生产出满足使用要求的取向。
改善了熔接痕的强度,据报道,如生产3mm的制件,熔接痕的强度提高了50%有的提高到85%以上。
可以生产非常厚的制品,有的高达110mm以上。
但这种生产方法需要足够的时间,而且模温要高,生产周期比传统的生产方法要延长10%左右。要使振动在模腔中得到延续,最好采用热流道。
四川大学的申开智教授、官青等对所示模具进行了改进,将来回振动的活塞安装在模具的热流道板上,如所示,通过控制不同的振动频率和不同的相位差生成了多种保压振动模式,制成了HDPE(7006A)、PP、ABS等材料的哑铃试样,发现HDPE的杨氏模量和拉伸强度分别从原来的lGPa、23MPa提高到了和杨氏模量也从32MPa、1.4GPa提高到了57.8MPa、30GPaABS的强度从46MPa提高到54MPa.利用多点进浇的组合可以实现制品双向性能的提高,见。这种方法还是通过微机来控制活塞,使1一3、2―4形成通路,从而实现1一3和2―4的取向。
从可见,用这种方法进行生产,模具流道较2.3推拉注射成型模具推拉注射成型模如所示,通过2个注射单元的螺杆的协调动作,先A、B同时向模具中进料,保压时A进B退,接着A退B进,如此重复,使模腔内的聚合物熔体产生振动剪切流动。这个过程中熔体得到了取向,熔接痕逐渐模糊,以至于消失。
用这种注射工艺对玻璃纤维增强LCP进行双向振动挤出模具就实现了机向振动和周向的旋转振动,既改善了制件的力学性能又提高了产量。
4振动技术在其它成型中的应用吹塑成型中空制品时,通过控制气缸活塞的振动可以使气体作用的熔体振动,实现增强的效果,这与气体辅助注射模具的原理有类似之处。
压铸成型中可以将振动技术引入制件成型的冷却过程。模具一半固定,动模紧紧地安装于振动台上,常常动模振动,在熔体迅速冷却期间将压力脉冲传递过去。这种方法控制非常容易,机械性能提高也相当可观,只是用于振动的能量较大,费用也高。
振动技术与塑料成型技术结合可以实现熔体振动,除以上振动技术和模具设计结合外,它还可以在熔体未进入模腔之前,振动作为一种能源使熔体产生脉动,而后再进入模腔,如螺杆振动、塑料电磁塑化挤出机等。
5结束语通过振动技术和模具设计的不同方式结合,可以达到改善聚合物的加工性能,生产出符合使用要求的制品。振动技术作为一种新兴而富有成效的技术将在生产中日益得到广泛的应用,主要会在以下3个方面取得显著功效:改变聚合物熔体的流变性能。熔体振动致使熔体层之间发生剪切作用,剪切发热,从而使其粘度降低,这样可以使生产中的温度和压力有所下降,使流动性差、难于加工的塑料易于成型,同时也可以提高生产率。
改善制品性能。推拉技术可使熔接痕融合,甚至消失,熔体在振动方向的取向使制件的力学性能得到显著的提高,生产出的制件有些可以达到以塑代钢的程度。
改变制品内部的微观形态。气体辅助成型加R管件注射模浇注系统设计与CAE分析赵丹阳,宋满仓,于同敏,刘莹(大连理工大学,辽宁大连116023)的主要原因,进而应用CAE软件进行分析,通过优化浇口位置将熔接痕减到最小,据此设计制造的模具满足管件产品的质量要求,同时该方法也为提高PP-R管件模具的质量提供了可靠的技术保证。
1引言随着塑料工业的发展,塑料制品正以其独特的吸引力广泛用于生产和生活的各个方面。尤其在建主要从事塑料模具设计与制造技术的研究,地址:辽宁大连市,大连理工大学模具研究所,电话:0411)4708839T001―04-20筑领域各种塑料门窗、塑料管件等塑料建材的需求不断扩大,新材料也不断地被开发出来用于工程实际。PP-R(三型聚丙烯)就是近年发展起来的一种新型建筑用冷热水管材料,它是在合成过程中随机地接入了一定数量的乙烯分子,从而使聚丙烯的低温抗冲击、长期耐热耐压及抗环境应力开裂等性能大大改善。PP-R管件已经逐渐替代金属等其它材料工在保压阶段控制气体的振动,可以改善聚合物内部的微观结构和形态,获得良好的力学性能、热性能和外观质量。
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