论文部分内容阅读
气体驱动弹头辅助注塑（Gas Projectile-Assisted Injection Molding,G-PAIM）是在气体辅助注塑（Gas Assisted Injection Molding,GAIM）的基础上引入弹头而发展起来的一种新型注塑工艺,其利用高压气体推动弹头穿透模具型腔内的高温熔体,经过保压冷却制得中空管件。相比于流体辅助注塑工艺,该工艺可实现管件壁厚的可控性,制得的管件壁厚也更均匀,对于交通运输行业,G-PAIM制品具有广阔的应用前景。通过对现有的水辅助注塑（Water Assisted Injection Molding,WAIM）实验平台进行改造,搭建了GPAIM实验平台。对G-PAIM工艺进行实验研究,考察了工艺方法、弹头尺寸对成型管件质量的影响;探究了工艺参数对G-PAIM管件残余壁厚的影响并进行了优化;对于短玻纤增强聚丙烯的G-PAIM制品,研究了玻纤分布取向的特点及工艺参数和玻纤含量对玻纤分布取向的影响,对比了不同观测位置玻纤分布取向的差异。本文主要研究内容及结论如下:（1）阐述了GAIM、WAIM、G-PAIM的工艺流程及原理,并介绍了国内外的研究现状,确定了本文的研究内容与思路。（2）通过GAIM溢料法、GAIM短射法、G-PAIM溢料法、G-PAIM短射法制备了直径为16mm的聚丙烯管件,探究工艺方法对管件质量的影响。研究发现:在管件直段部分,四种工艺成型的管件残余壁厚大小排序为GAIM溢料法＞GAIM短射法＞G-PAIM溢料法＞G-PAIM短射法;GAIM短射法的穿透长度比G-PAIM短射法的穿透长度更长;G-PAIM短射法成型的管件沿流动方向的壁厚均匀性最好;在管件弯曲段部分,均表现为外侧残余壁厚比内侧残余壁厚大,且偏转角越大,内外侧残余壁厚的差值越大;在管件内壁质量方面,GAIM管件内壁有发泡现象,而G-PAIM管件在管件弯曲处有弹头穿透后形成的“拖痕”。（3）考察了G-PAIM工艺中弹头尺寸对其穿透的影响。研究发现,当弹头的长度一定,直径较小时,弹头在气体的驱动下容易发生侧翻,气体会从弹头的侧面超车,导致弹头无法顺利的穿透熔体,管件的残余壁厚主要由气体穿透决定;当弹头的直径一定时,长度更小的弹头更容易在气体的驱动下穿透熔体。因此在加工弹头时,弹头直径不宜过小,对于直径较小的弹头,弹头不宜过长。（4）采用控制变量法考察了工艺参数对G-PAIM溢料法管件残余壁厚的影响。结果表明随着熔体温度的增大,管件残余壁厚先减小后增大;随着注气延迟时间的增大,管件残余壁厚呈显著增大的趋势;随着注气压力的增大,管件残余壁厚呈减小的趋势,这种趋势比较明显;随着射胶压力的增大,管件残余壁厚先减小后增大;随着模具温度的增大,管件残余壁厚呈减小的趋势,但趋势不明显。（5）以管件残余壁厚为响应值,利用响应面法对G-PAIM工艺参数进行优化。通过Plackett-Burman实验发现注气延迟时间和注气压力对管件残余壁厚影响非常显著,熔体温度对管件残余壁厚影响比较显著,模具温度和射胶压力对管件残余壁厚影响不显著,因此筛选出对G-PAIM管件残余壁厚影响显著的因素为:注气延迟时间、注气压力、熔体温度。根据Plackett-Burman实验筛选出的影响显著因素设计最陡爬坡实验,确定了Box-Behnken实验的中心。通过Box-Behnken实验发现熔体温度和注气延迟时间的交互作用不明显,熔体温度和注气压力以及注气延迟时间和注气压力的交互作用明显;同时利用响应面法优化得到最优工艺参数组合。（6）以短玻纤增强聚丙烯为管件成型材料,通过实验探究工艺参数和玻纤含量对玻纤分布及取向的影响,并比较G-PAIM短射法制得的管件在不同位置处玻纤分布取向的差异。研究发现:当玻纤含量为20%时,依次改变熔体温度、射胶压力,玻纤在壁厚层的分布都比较均匀;当改变注气延迟时间为8s时,玻纤在壁厚层的分布并不均匀,在近模壁层玻纤的分布密度最大;当改变注气压力为8MPa时,玻纤分布在中间层和近模壁层,在近气道层基本观察不到玻纤。当改变工艺参数时,工艺参数对壁厚层的玻纤取向有着不同的影响,但玻纤在壁厚层的取向规律一致:在近气道层玻纤取向最好,在近模壁层最差。当玻纤含量为10%和20%时,玻纤在壁厚层的分布比较均匀;当玻纤含量为30%时,玻纤在壁厚层的分布并不均匀,玻纤在近模壁层的分布密度最大,在近气道层最小,并且当玻纤含量为20%,玻纤在壁厚层的取向性最好。对于G-PAIM短射法制成的管件,玻纤在一次填充阶段处（S1）和二次填充阶段处（S2）壁厚层的分布比较均匀,并且取向规律一致;但在近气道层,S1处玻纤的取向比S2处好,在近模壁层,玻纤在S2处取向比S1处好。