论文部分内容阅读
流体辅助共注塑(Fluid-Assisted Co-Injection Molding,FACIM)工艺是一种新型注塑工艺,该工艺结合了流体辅助注塑(Fluid-Assisted Injection Molding,FAIM)技术和共注塑(Co-Injection Molding,COIM)技术,可用来生产形状复杂的具有多重包覆结构的中空制品。根据使用流体介质的不同可分为气体辅助共注塑成型(Gas-Assisted Co-Injection Molding,GACIM)和水辅助共注塑成型(Water-Assisted Co-Injection Molding,WACIM)。本文基于理论与实验相结合的方法,揭示管棒类流体辅助共注塑工艺中产品质量的主要影响因素、影响规律及相互间的耦合关系,并实现参数组合最优化。为管棒类制品流体辅助共注塑工艺提供理论依据和实践指导,促进流体辅助共注塑工艺的应用发展。本文主要开展了以下工作:(1)阐述FACIM工艺的成型原理及特点、国内外研究现状,确定本文的研究内容与思路。(2)基于自行搭建的流体辅助共注塑实验平台针对HDPE、PP、ABS、PA66(含玻纤量20%)、PS、TPE、TPU等聚合物分别进行溢流法流体辅助共注塑实验,比较了不同材料在该工艺上的实现效果。实验发现:当以HDPE作为外层材料,PP作为内层材料时实验效果最佳,制件内壁壁面光滑,残余壁厚均匀性良好。(3)溢流法WACIM管件各层壁厚受诸多因素影响,以最小总壁厚及内层壁厚为目标,基于响应面法对其成型工艺参数进行优化。由单因素试验确定总壁厚和内层熔体壁厚的主要影响因素;由Plackett-Burman试验确定关键因素;再通过Box-Behnken试验设计和响应面法分析与优化,获得最小总壁厚和内层熔体壁厚的工艺条件为:注水压力7.5MPa,注水延迟时间2s,内层熔体温度215℃。在优化条件下,软件Design-expert的模型预测总壁厚和内层壁厚与实验所得吻合较好,表明响应面法能够实现水辅助共注塑管件最小壁厚的工艺参数优化。(4)基于Flunet软件平台,通过数值模拟和实验手段对弯曲管件的残余壁厚进行研究。通过数值模拟发现:在直管部分处,WACIM试样总/内层残余壁厚均与型腔直径存在线性关系,通过对型腔直径的设计可实现对总/内层参与壁厚的控制;弯曲内外侧的压力梯度及温度场差异导致内层熔体及水都趋于弯曲内侧穿透,使得溢流法WACIM弯管弯曲外侧的总壁厚及内层壁厚都较厚,而弯曲内侧的总壁厚及内层壁厚均较薄,实验结果与模拟相符;通过正交试验发现:注水参数(注水压力、注水延时)和型腔参数(包括弯曲角度、型腔直径、弯曲半径)等参数中,型腔直径对壁厚的影响最大;溢流法GACIM弯管的总平均壁厚及内层平均壁厚均比溢流法WACIM弯管对应壁厚更厚,波动更小;短射法WACIM弯管的总平均壁厚及内层平均壁厚均比溢流法WACIM弯管对应壁厚更薄,后段弯曲处外侧的总壁厚及内层壁厚比溢流法显著更薄。随着弯曲角度的增加,弯曲外侧的总壁厚及内层壁厚增加,内侧的总壁厚及内层壁厚减小。可合理选择工艺方法、设计弯曲形状及改善模腔冷却来获得更均匀的WACIM弯管壁厚。(5)基于FACIM实验平台,通过实验对比了七种截面型腔的流体穿透率的大小,探究了型腔截面对各层壁厚及各层穿透率的影响规律。实验发现:随着截面圆率的减小,WACIM和GACIM内层熔体和流体穿透率均减小;GACIM的气体穿透率比WACIM的水穿透率略低;当型腔截面圆率相同时,型腔截面面积越大,流体穿透率更小;WACIM和GACIM得到的最小总残留壁厚均随着圆率的减小而减小;两种不同工艺,不同截面型腔在流动方向上的流体穿透率均有增加的趋势。