微注塑薄壁制品可成型性及充填过程中的流动现象分析

基于一组薄壁微制品的微注塑成型实验,研究不同尺度(100μm、200μm、500μm、1mm)制品的可成型性及充填过程中的流动现象,获得注塑速度、模具温度和熔体温度对不同厚度制品充填性能的影响,并对成型过程中出现的流动不平衡现象及前沿面形状变化的机理进行了分析。结果表明,型腔充填率随着注塑速度、模具温度、熔体温度的升高而增大,且随着型腔厚度减小,制品实现完整充填越来越困难,工艺操作窗口变窄且注塑速度和模具温度都维持在高水平状态。     

微注塑成型中对流换热系数对熔体充模流动的影响

在熔体流动理论的基础上,通过分析熔体的对流传热机理,并引入对流换热系数模型,对微注塑成型中对流换热系数对熔体充模流动进行了研究。在正方形截面分别为500μm、300μm和200μm的三种长方形微流道中,数值模拟了熔体充模流动,通过与已有实验数据相比较,验证了对流换热系数模型的合理性,并分析了不同的模具温度和熔体温度下,采用常数对流换热系数和对流换热系数模型得到的熔体温度分布及其随微流道特征尺度变化规律。     

微注塑充模流动中的粘性耗散效应

微注塑成型中的粘性耗散效应引起的熔体充模流动行为变化,直接影响微塑件的成型质量。应用双料筒毛细管流变仪与微尺度口模和高精度温度传感器等组成的测量装置,对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)熔体以不同剪切速率和口模入口温度,流经直径350μm和500μm而长径比不同口模时的粘性耗散效应进行了实验测量和数值模拟。结果表明,微通道中的熔体粘性耗散效应随剪切速率的增加而明显增强,随通道直径的减小和入口熔体温度的升高而减弱;但通道直径一定时,长径比的增大也会导致粘性耗散作用增强。     

微注射成形聚丙烯微阵列填充与形态结构

通过微注射成形制得了直径分别为130μm和110μm,高度均为250μm的微圆柱阵列(10×10).不恰当的工艺参数下微圆柱会出现填充不足、表面粗糙、烧蚀和中空等缺陷.实验发现,对于带有微型盲孔结构的模具,注射前抽真空是必需的.当模具温度在90℃、注射压力为100 MPa、保压3 8、模具抽真空的情况下,微型圆柱可以得到完全填充,且没有以上缺陷.为研究聚丙烯微型圆柱的内部形态结构,采用生物制样法将微型圆柱制成10μm厚的试样.偏光显微镜观察表明,直径为130μm和110μm的微型圆柱均具有"表芯结构"表层,剪切区,球晶芯核.扫描电镜观察结果表明,微圆柱横截面上外层球晶尺寸小于中心球晶,且直径为110μm的微圆柱球晶的平均尺寸小于直径130 μm的微圆柱.     

微注塑成型充模流动中的对流换热实验

微注塑成型中,聚合物熔体与微型腔壁面间的对流换热行为与常规注塑成型不同,对流换热系数也发生了变化。通过采用微模具和温度传感器,对聚丙烯(PP)、ABS和两种聚甲醛(POM)熔体,以不同注射速度填充厚度为0.510 mm和0.420 mm,表面粗糙度为0.062μm、0.393μm和0.695μm的不同微型腔时的模具温度分布进行测量,从而求得对流换热系数。结果表明,微注塑成型中对流换热系数,与聚合物材料热物理性质紧密相关,热物性参数值高的材料,对流换热系数也大;且随注射速度和型腔表面粗糙度的增加以及型腔厚度的减小而增大。     

一种基于分子链段长度的微观黏度模型

考虑分子链段长度(MCL),修正Cross-Law宏观黏度模型,建立反映微尺度流动特性的MCL微观黏度模型。通过PP材料80μm,70μm和200μm薄板注塑填充率实验和ABS材料边长200μm,300μm方柱注塑压力差实验,验证了新建微观黏度模型MCL的有效性和精度。同时发现随着特征尺寸的减小,薄板注塑的MCL微观黏度模型的模拟填充率要比宏观黏度模型更加趋近于实验数据,特征尺寸为70μm时平均误差降低为12.12%;在压力差实验中,随着剪切速率的提高,MCL微观黏度模型的模拟压力差更趋近于实测数据。     

Zr基块体非晶合金微通道阵列过冷液相区压印工艺

本文利用Zr_(41)Ti_(14)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)(Vit1)块体非晶合金对不同宽度的微通道阵列进行充填实验,并研究了形腔宽度、压印载荷与温度对微通道阵列充填高度的影响规律.实验结果表明,随着型腔宽度和压印载荷的增加,微通道充填高度逐渐上升.这就意味着较高的载荷和型腔宽度有利于Vit1块体非晶合金在微通道中了流动.成形温度由673 K上升至703 K时,微通道充填高度由9.1μm增加至46.6μm;然而,当实验温度达到713 K时,微通道阵列的充填高度急剧下降至26.9μm.XRD结果显示,在713 K下成形后的试样中存在大量亚稳态的晶化相,非晶基体中的晶化相会增大材料的流动阻力,从而降低其对微通道阵列的充填能力.因此,Vit1合金微通道阵列成形温度区间应控制在673~703 K.     

微注塑拉伸试样设计及流动特性分析

微拉伸试样的设计,是成功测试微尺度下力学性能的关键。文中设计了不同厚度微拉伸试样及相应的微注塑模具,分析了模具设计及尺度效应对微拉伸试样充填行为的影响,并研究了工艺参数对不同厚度微试样(0.1mm、0.2mm、0.5mm、1mm)充填行为的影响。短射实验表明,随着微试样厚度减小,在微试样有效拉伸长度内,熔体流动前沿呈现为一维平板流动;4个厚度下,0.5mm厚的熔体流动性明显优于其它3个尺寸。工艺影响实验表明,随注射速度、模具温度、熔体温度工艺参数的增加,熔体流动性增强。     

微注塑聚丙烯制品的形态结构

微注塑成型中,聚合物熔体在型腔中的流动形态与传统注塑中有很大的不同,研究成型工艺条件对微注塑制品形态结构的影响对控制微制品形态结构、提高微制品性能具有重要的意义。文中以等规聚丙烯(iPP)为原料,采用单因素实验,研究注塑成型中熔体温度和注射速度两个主要工艺参数对1mm和200μm厚微制品形态结构的影响及微制品中的一些特殊的形态结构现象。实验结果表明,1mm厚微制品的形态分布呈典型皮芯结构,而200μm厚微制品观察不到有非晶冷冻层和球晶结构,全部是具有明显shish-kebab结构的剪切层。     

采用紫外光刻电铸技术的微型腔注塑成型

针对复杂微型腔制作的难点,基于紫外光刻电铸(UV-LIGA)技术和掩膜腐蚀的方法加工了细胞皿微型腔。以聚丙烯(PP)进行单因素充模流动工艺试验,通过极差分析,研究了注射速率、模具温度、熔体温度、保压压力和保压时间对微制品成型质量的影响规律。注射速率对提高充填率起主要作用,模具温度和熔体温度是次要因素,而保压压力和保压时间相对其它因素对充填质量影响较差,但必须保持在一个较高的水平。在获取优化工艺参数后,获得合格的制品。因此基于UV-LIGA技术和掩膜腐蚀的方法制作复杂结构微型腔对于微注塑成型是可行的。     

微小孔尺寸形状的脱模与图像测量

将脱模方法与显微图像处理结合,实现了微小孔内部轮廓的尺寸形状测量.首先采用具有超弹性的乙烯基聚硅氧烷作为制模材料,通过脱模方法将微小孔内部轮廓复制为模型的外部轮廓.然后在显微镜上采集模型的放大图像,利用图像分割、边缘提取、直线检测等图像处理手段,测量出微小孔内部直径随深度的变化曲线.开发出用于测量微小孔尺寸形状的应用软件,利用该软件对脱模法的复制精度进行校验.对于孔口直径在145～155μm的微孔,所制模型在孔口处直径与原始孔口直径的平均绝对值误差为0.9μm.通过脱模方法制作三维型腔模型,得到脱模模型形貌与原始形貌的平均绝对值误差为0.37μm,均方根误差为0.51μm.所提方法融合微米量级的脱模精度和像素级的图像测量精度,可用于微小孔孔径、内部轮廓形状等的测量.     

变模温与型腔气体反压辅助微孔发泡注塑技术及其产品内外泡孔结构演变

建立了一种变模温和型腔气体反压协同控制的微孔发泡注塑技术,研制了相应的变模温控制系统与型腔气体反压控制系统,构建了变模温与型腔气体反压辅助微孔发泡注塑试验线,并对变模温与型腔气体反压作用下的产品内外泡孔结构演变进行了研究。结果表明,变模温与型腔气体反压辅助工艺单独施加于微孔发泡注塑技术时,对其产品内外泡孔结构均具有双重影响:变模温可以改善产品大部分的表面形貌,但其对填充过程中的熔体发泡影响不大;型腔气体反压可以基本抑制填充过程中的熔体发泡,但却对产品内部泡孔密度有比较明显的降低影响。通过变模温与型腔气体反压的协同控制,可以实现微孔发泡注塑产品表面气泡形貌和内部泡孔结构的良好调控。     

陶瓷微结构件的注射成形工艺及其微观组织

采用粉末微注射成形技术制作了ZrO2陶瓷微结构件,分析了其注射成形工艺,包括喂料配制、注射工艺及烧结工艺对微观组织的影响.实验结果表明,粉末体积分数为55%的生坯注射成形后在1 500℃下烧结2 h,采用排水法测得其微结构相对密度高达98.5%,采用纳米硬度分析法得到其微结构的显微硬度值为13.75 GPa.扫描电子显微镜(SEM)结果表明,提高模具温度和注射压力,有利于微结构的填充,进而改善微结构件的微观组织;高的烧结温度可以增加零件的致密度,但容易导致晶粒的过度长大和尺寸不均匀.激光共聚焦光学显微镜观察结果表明,使用亚微米级陶瓷超细粉得到的微结构具有良好的表面质量,其烧结前、后的表面粗糙度值分别为0.33μm和0.28μm.此外,提高粉末含量可以减小零件收缩率,从而有利于微结构的尺寸精度控制.     

尺寸效应对多型腔注射成型过程影响的可视化实验

利用可视化注塑模具和高速摄像机对注塑成型过程中熔体在型腔内的充填不平衡现象进行了动态观察,探讨了尺寸效应对熔体充填型腔速率及充填平衡性的影响。实验结果表明,熔体的充填平衡性与型腔的厚度有关,根据实验结果可以较好地描述熔体注射成型过程中充填不平衡现象的产生规律,为薄壁及微细尺寸下的精密注射成型技术的发展提供实验依据。     

注塑成型计算机模拟

塑料制品的几何形状各异，模腔内的流动复杂，导致价格昂贵的模具开发费用。通过流变学方法对充模过程进行定量模拟，可以为模具统计与注塑工艺优化提供定量依据。对注塑成型有关的数学模型作了讨论，给出了充模，保压和冷却３个阶段的数学模型，讨论了流道流动和三维薄壁模腔流动，还对反应注射成型计算机模拟作了讨论。     

注射成型流道温度分布的测量分析方法

树脂温度的分布对注射成型过程的充填平衡具有重要影响。由于型腔中传感器的安装空间有限,至今为止还没有合适的方法来测量注射成型过程中流道和小尺寸型腔中树脂温度场的分布。为了解决这一问题,文中设计了一套新式的移动式温度测量系统,该系统采用常规尺寸红外线传感器和红外线纤维传感器来测量注射模具流道内树脂温度场分布。测量结果显示,...     

Effect of gate size on the melt filling behavior and residual stress of injection molded parts

This paper studies the effects of gate size on the cavity filling pattern and residual stress of injection molded parts. A total of three rectangular gates with different sizes were used. Experiments were carried out by using a dynamic visualization system. A flow visualization mold was specially designed and made for this study. A high-speed video camera was used to record the mold filling phenomena of cavities with different gate size and different processing parameters. In addition, a Stress Viewer was used to characterize the residual stress of molded samples. It was found that the undersized gate has many adverse effects on the filling behavior and residual stress of molded parts. With a larger gate, the cavity will be filled faster and residual stress of parts may be smaller. The result of the study also indicates that nozzle temperature and injection rate can significantly affect the above two aspects.