【摘要】：當(dāng)今社會正面臨著全球能源危機和環(huán)境污染問題。超臨界流體(Supercritical Fluids,SCF)微孔發(fā)泡材料中大量微小泡孔的存在能夠減少產(chǎn)品使用的原材料和消耗的能源,同時微孔發(fā)泡制品的一些性能更加優(yōu)異。憑借其獨特的優(yōu)勢,微孔發(fā)泡技術(shù)一度成為研究熱點,但是也面臨著諸多問題和挑戰(zhàn)。其中如何成型具有高密度且規(guī)則排列的微孔結(jié)構(gòu)以獲得更加優(yōu)異的機械性能正是一個亟待解決的問題。本文分別采用了常規(guī)發(fā)泡、高壓發(fā)泡和注壓發(fā)泡方法制備出SCF微孔發(fā)泡制品,探究了不同成型方法和不同工藝條件對制品泡孔結(jié)構(gòu)的影響。主要工作如下:(1)設(shè)計并制造出適應(yīng)三種不同成型方法的多功能試驗?zāi)＞?應(yīng)用模流分析軟件Moldflow模擬仿真材料聚苯乙烯(PS)的熱塑性注射成型和微孔發(fā)泡注射成型充填過程,評價模具和材料PS的成型性能。結(jié)果表明:帶有彈簧結(jié)構(gòu)的壓縮框和活動型腔板是該實驗?zāi)＞咴O(shè)計的關(guān)鍵;相較于熱塑性注射成型,微孔發(fā)泡注射成型的充填時間更短,熔體前沿溫度更低,充填完成瞬時的型腔壓力低且在型腔內(nèi)分布更加均勻。(2)研究SCF含量、螺桿背壓和預(yù)充填量對常規(guī)發(fā)泡制品泡孔結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:常規(guī)發(fā)泡制品垂直流動方向斷面上的泡孔為圓形或者橢圓形,而在沿著流動方向上的泡孔為長條狀。泡孔的排布保留著明顯的泉涌流動痕跡,沿著流動方向上的泡孔形態(tài)、尺寸和密度均具有明顯的不均一性。(3)研究保壓壓力和保壓時間對高壓發(fā)泡制品泡孔結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:當(dāng)保壓壓力為600bar,保壓時間為5s時,泡孔密度最高(6.6×105cells/cm3),泡孔尺寸最小(45μm);在優(yōu)化后的工藝條件下,高壓發(fā)泡制品垂直于流動方向和沿著流動方向斷面上的泡孔均為圓形。(4)研究壓縮壓力和壓縮時間對注壓發(fā)泡制品泡孔結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:當(dāng)壓縮壓力為400bar,壓縮時間為5s時,泡孔密度最高(4.3×106cells/cm3),泡孔尺寸最小(10μm);在優(yōu)化后的工藝條件下,注壓發(fā)泡制品垂直于流動方向和沿著流動方向斷面上的泡孔均為圓形。(5)在常規(guī)發(fā)泡、高壓發(fā)泡及注壓發(fā)泡制品不同泡孔結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對比分析了成型過程的型腔壓力及力學(xué)性能。結(jié)果表明:常規(guī)發(fā)泡過程中壓力較低,制品的力學(xué)性能最差;高壓發(fā)泡過程中壓力較高,形成了二次泡孔,力學(xué)性能較高;而注壓發(fā)泡過程中壓力最高,形成的二次泡孔能有效提過制品的力學(xué)性能。
[Abstract]:Nowadays, the society is facing the global energy crisis and environmental pollution. In supercritical fluid (Supercritical Fluids,SCF) microcellular foaming materials, the existence of a large number of microbubble pores can reduce the raw materials and energy consumption of the products, at the same time, some properties of microcellular foamed products are more excellent. With its unique advantages, microcellular foaming technology has become a research hotspot, but it also faces many problems and challenges. How to fabricate microporous structures with high density and regular arrangement to obtain better mechanical properties is an urgent problem to be solved. In this paper, SCF microcellular foaming products were prepared by conventional foaming, high pressure foaming and injection pressure foaming, respectively. The effects of different molding methods and different processing conditions on the foam structure of the products were investigated. The main work is as follows: (1) designing and manufacturing multi-function test mould suitable for three different molding methods. The mold flow analysis software Moldflow was used to simulate the filling process of thermoplastic injection molding and microcellular foaming injection molding of polystyrene (PS), and the molding properties of mould and material PS were evaluated. The results show that the compression frame with spring structure and the movable cavity plate are the key to the design of the experimental die. Compared with thermoplastic injection molding, the filling time of microcellular foaming injection molding is shorter, the temperature of melt front is lower, the instantaneous cavity pressure of filling is lower and the distribution of SCF in the cavity is more uniform. (2) the content of SCF is studied. Effect of screw back pressure and pre-filling on foam structure of conventional foamed products. The results show that the bubble pores in the vertical flow direction of conventional foamed products are circular or elliptical, while those along the flow direction are long. The arrangement of the bubble pore retains obvious spring flow trace, and the shape, size and density of the bubble pore along the flow direction are obviously uneven. (3) the influence of the pressure holding pressure and the pressure holding time on the bubble pore structure of the high-pressure foaming products is studied. The results show that when the pressure holding pressure is 600barand the holding time is 5s, the bubble density is the highest (6.6 脳 105cells/cm3) and the bubble size is the smallest (45 渭 m);). Under the optimized process conditions, the foam pores perpendicular to the flow direction and along the section along the flow direction are circular. (4) the effects of compression pressure and compression time on the foam structure of injection-pressure foamed products are studied. The results show that when the compression pressure is 400barand the compression time is 5s, the bubble density is the highest (4.3 脳 106cells/cm3) and the bubble size is the smallest (10 渭 m);). Under the optimized technological conditions, the foam pores perpendicular to the flow direction and along the flow direction are circular. (5) in the conventional foaming, The cavity pressure and mechanical properties of high pressure foaming and injection pressure foaming products were compared and analyzed on the basis of different foam pore structures. The results show that the mechanical properties of the products are the worst when the pressure is low in the conventional foaming process, and the secondary foam pores are formed in the high pressure foaming process, and the mechanical properties are higher. However, the pressure is the highest in the foaming process of injection pressure, and the mechanical properties of the products can be effectively extracted by the formation of secondary foam pores.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ328

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本文編號：2389919