接插件注塑模具设计【全套含有CAD图纸三维建模】
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1 中文翻译 摘要 我们使用二级四因子因子设计注塑成型具有 2和 5重量多壁碳纳（ 聚碳酸酯（ 合材料，以评估保持压力，注射速度，模具温度和电气表面的熔融温度和体积电阻率。对于复合材料，注塑板的电阻率变化达到六个数量级。 确定喷射速度随熔化温度的最高冲击和两者的相互作用。电阻率也在板内局部变化，显示出高达五个数量级的差异 2最多两个 5 此，等电阻率的区域形成为具有增加值的半圆形状与流路。 透射电子显微镜（ 究表明，具有高取向纳米管的表层高注射速度和低熔体温度的情 况，甚至在低注射速度下的皮肤区域中也是网状结构熔体温度高。 2007 关键词： 聚合物基复合材料 ; 多壁碳纳米管 . 1. 介绍 碳纳米管（ 1成新型的导电填料以改变绝缘聚合物。由于 直径的事实比例（纵横比）约为 1004渗透相比之下，可以实现相对较低的 量碳纤维或炭黑。特别是他们独特的电气 5 11能，组合机械强度高 15预定 作聚合物基质 中的填料。据报道在相对较低的 度下 20合物 / 合材料显示高强度和刚度结合电性 . 大多数实验结果涉及热，熔融混合聚合物的机械和电学性能 /合材料已经使用小规模生产尺寸混合设备，由于稀缺性所以 料的价格很高。为了研究电气或机械性能，主要使用压缩成型，这导致可能与工业过程（如注射成型）无法比较的结果 24。 到目前为止，只有少量论文将注塑描述为导电纳米复合材料成型的方法 25,26。目前，不同的公司不断致力于碳纳米管合成的优化，其价格开始明显下降，工业化应用程序在某些情况 下实现。 聚合物 / 合材料可用于静电消散（ 4,27，电磁干扰屏蔽（ 蔽） 28静电喷涂 31和机械加固 32,33。 在所提出的工作中，在双螺杆挤出机上制备了包含 母料稀释的 20C / 合材料。通过这种技术，可以在 阵内生产具有良好分散的 高质量复合材料。 由于注塑成型是除了（型材）挤出之外最重要的加工步骤，本研究的目的是研究注塑条件对 合材料电阻率的影响。 注塑部件的一个特征是结构上的各向异性特征，因此由于高加工速 度导致的分子链和填料颗粒取向的性质。如果熔体被快速冷却以确保短的循环时间，则这些取 2 向被冷冻并保留在模制部件中。在具有高纵横比的导电填料颗粒例如 向导致网络形成的损害，从而导致渗滤阈值向较高填料含量的偏移34,35。这些取向是不可避免的，必须通过工艺优化来最小化，以确保 此，具有不同 射速度，模具温度和熔融温度。如关于其他聚合物 /填料复合材料 36的文献中所讨论的，这四个参数对注模部件的取向度影响最大。为 了评估其效果，他们使用两级四因素因子实验设计系统地进行了变化，这使得能够对所产生的电阻率值进行回归分析。 因此，可以绘出注射成型参数和样品的比电阻率之间的直接结论。 除了常用的积分电阻率测量之外，还进行了一种新的有希望的局部分辨率测量方法，以便对注塑成型的 执行额外的形态学研究以确定电阻率变化的可能原因 2. 材料与实验方法 合制剂 作为第一步，用 5 2600（德国拜耳材料科学研究所）。 600是具有中等粘度（ 0 / 10密度为 的注塑级绕在中空的 5于母料。典型的 0至 15长度为 1至 10入复合材料中的密度约为 37。 使用具有两个同向旋转螺杆（ 5挤出机在 295的机筒温度下制备两个纳米复合材料（分别为 2和 5重量的 2和 5重量 螺杆 速度为 200产量为 10 h。将挤出的材料在水浴中冷却至室温，然后造粒。 所有的材料在每个加工步骤之前在 120的真空烘箱中干燥至少 4小时。 这些材料在压制板上测量的体积电阻率为 37 2重量）和 6 5重量），表明两个样品电渗透。 塑成型 使用注射成型法，通过使用双腔模具的 00 / 420国德马格）生产尺寸为 80 80 23 由闪光门供电。 对于 5重量的样品进行填充研究以获得在填充空腔时熔体顺序地取向的轮廓的印象。 注射 3 使用 80 80的模具温度， 300的熔融温度进行成型，而不进行保持压力，并且以 58和 13 1）。 实验系列 6个实验来评估保（ 注射速度（ 模具温度（ 熔体温度（ 样品的电阻率的影响，如表 1所示。达到稳定状态后，为了进一步研究 16个实验中的 6个试样进行了进一步的研究。 设置所有实验的所述值（表 2）点精确度约为 5。 周期时间实验根据不同的注射速度而不同，而所有实验均采用 25 由于没有以前的知识，适当的注塑成型条件的 个级别之间的间隔被选择尽可能大。 熔体温度和模具温度低和高的水平是根据价值观定义在聚碳酸酯 2600数据表显示。喷射速度和保持压力的水平进行了实验初步调查确定。压力保持在实验系列不同由于不同 纯 0巴 ，注射速度为 80毫米 /秒，模具温度为80 C，和熔体温度为 300 C。 已经进行了两种不同的测量，得到一个全面的印象的电体积和表面电阻率的注塑成型板。 获得 16 6样品每个实验系列使用 型纯测试夹具组合积分法测量的电阻率（由三菱化学株式会社，日本）使用。 0毫米的外环电极（电极直径的测量方法，测量范围： 104 1013 ）。 样品具有低于 104 的电阻率的溅射镀薄金电极具有相同的尺寸一样的 些 电极与测试针，连接到 2000型万用表的联系（吉时利、美国、测量方法、测量范围： 10106 ）。 本地分辨率测量，实现使用 菱化学株式会社，日本）。的 电极直径 11毫米（测量方法 C）。测量图 2所示的排列表示对称的九定位测量位置，电极的 不同的地区参与测量过程。体积电阻率测量，一个菱化工公司）被连接到 以， 样品 电阻率低于 104 由联合 论是 4 从三菱化学公司，日本，测量方法，测量范围： 103 - 107 ）。之间的距离这四针探针的外引脚和内引脚分别为 15毫米和 5毫米，分别与引脚直径 种方法只有表面电阻率可以被测量。图表和表中显示的值六个试样的平均值为每个实验。 选定的注塑板的形态是由两种不同的分析方法，研究了在微观检查的分散状态和 3）。 透射光显微镜（ 行薄片在 055切片机（徕卡，德国）在室温下。一个 35切角金刚石刀（ 士）使用。该照片已成像的 （ 国）。 M 912的方式进行（蔡司，德国）超薄切片的厚度约 150 的超薄切片机（徕卡，德国） . 切割角度为 35的钻石刀一桶（ 士）使用。切片方向是角度移动（ 15）垂直于注射板块方向。 （ 2 2 15毫米）被切断从板嵌入环氧树脂。这是必要的稳定切边，以避免变形的 削减，并启用一个精确的修剪程序，以获得可分配的树脂 /复合材料接口平行于注射速度。此外，照射边界薄截面的面积可以防止，以改善在最有趣的地区对比。 三 塑工艺参数对注塑工艺和注射成型板的电阻率的影响 验系列 I（ 2重量 %的多壁碳纳米管含量） 使用方法 重量的注射成型板的电体积和表面电阻率值示于图 1中。 与未填充的 阻率下降至少四个数量级，并且在 1012和1014 / 然而，实验 5,7,13和 15的平板显示在 107 这四个实验都以低注射速度和高熔体温度的组合注射成型，表明这些参数具有最大的影响。 使用回归分析方法对不同参数的影响程度进行了准确的评估。进行数据处理和计算回归系数根据实验水平代码方便，研究的参数 出以下归一化变量 1和 1的范围内振荡（等式（ 1） - （ 4）。 交互参数是通过相关的主要因素的乘积来计算的。 基于计算的系数 用对数模式中的测量值，获得电表面和体积电阻率之间的回归方程以及每个研究的注塑成型因子。回归方程可以预测 特定的体积和表面电阻率 注塑 用于任何设定值的注射速度和熔体温度。之后采 5 取这些方程来检查电阻率如何变化，当一个参数保持不变时，第二个参数保持不变在两个被调查的水平之间是不同的。忽视那些具有边际影响的系数（在我们的例子中都是这样）。这些方程必须使用公式重新归一化。（ 1） - （ 4）建立注射之间的直接连接成型参数和体积和表面电阻率。它可以用等式 （ 12）和（ 13），体积和表面电阻率增加约当注射速度在 300的恒定熔融温度下从 10增加 150 保持注射速度恒 定在 80 s，熔融温度从 280升高到320导致体积和表面电阻率降低大约 实验系列 5 在具有 5和 中。这里有两个 一组实验可以分类。在大多数实验中，与纯 阻率下降了约 13个数量级。所有这些样品以低注射速度或 /和高熔体温度注射成型。这些实验的确定的电阻率值在 105 / 而，四个实验导致的值显着更高（ 108 / h）。这些实验 以低熔融温度和高注射速度进行处理。具有低水平的所有参数的实验 16也显示出显着更高的值（ 108 / h）。回归分析与实验系列 用等式（ 1） - （ 9）。基于计算的系数 未示出），实验系列 立了电气表面和体积电阻率之间的联系，并研究了影响最大的注塑成型因素。重新归一化方程式，建立注塑参数与电气体积和表面电阻率之间的直接连接。 保持注射速度恒定在 80 s，熔体温度从 280增加到 320将体积和表面电阻率降低大约 对应于实验系列 。 局部分辨率电阻率测量 实验系列 I（ 2 如表 4所示的实验 5,7,13和 15的板上的局部分辨率测量揭示了在 5个数量级的范围内比体积和表面电阻率的大梯度。在测量点 7,9和 5处确定最低电阻率值。对于实验 15，表面和体积电阻率另外如图 1所示。 6，其中标有类似电阻率值的四个区域。在区域 邻闪光门后面的区域 着流路的增加，形成了具有更高电阻率值的区域 V。因此，具有相等电阻率的区域似乎具有半圆形状。这种布置对应于通过填充研究（图 1）看到 的注射过程期间熔体的流动线。不能观察到保持压力对浇口附近（测量点 8）的电阻率的影响。独立于保持压力的水平，体积电阻率在 108于对区域 实验系列 5 同样在 5验 5,7,13和 15的局部分辨率表面电阻率值显示 6 出某些梯度，即使它们比 值在两个数量级的范围内变化 幅度（表 5）再次表现出具有相等表面电阻率的半圆形区域。 在测量点 7,9和 5处再次确定最低电阻率值，并且在浇道附近的点 8处的最高值 。 随着从区域 阻率再次增加 . 调查结果显示，电阻率的注塑板被减少，通过并入 品与 07 06 / h。实验系列 105 04 / h。纯 约 1018 厘米。有趣的是，在大多数实验中 2，表面电阻率为 5大部分低于体积电阻率。在实验系列我的这些差异可能是与所涉及的不同几何参数 有关在从电阻率值的计算中，因为整洁的 实验系列的情况下二是部分差异的原因表面和体积电阻率（两个数量级）对于实验 10）现在不能解释但应该提到，因为它们可以成为对象在注塑领域进一步研究的聚合物 / 了 塑成型条件对电气产生了巨大的影响注塑 品的电阻率可能受到影响在很大范围内（高达 6个数量级）通过改变注塑速度和熔体 温度。选择实验的局部分辨率测量揭示了具体体积和表面的大梯度电阻率在五个数量级的范围内实验系列一例 。 电阻率最低值在确定在浇道附近和在中间的样本。必须分配这些差异的原因于注射成型的材料显示优异的纳米管分散。使用光学显微镜没有附聚物或剩余的母料簇可以观察到（图像未示出），其也被观察到在选定的注塑板中。也是所有 外，两种材料（ 2和 5重量 示电导率说明了纳米管网络形成。可以假设电阻率的差异观察注射成型后的变化纳米网络由于网络取向，网络化分离管的破坏和取向，和簇形成，其可以是局部不同的在样品板内。另外 ，皮肤效果也是如此通过纳米填料向核心或纳米填料的迁移，填料取向，可以预期。此外，也纳米管缩短由于高剪切和伸长通过喷嘴时的力可能不是排除。为了获得关于纳米管排列的信息，在不同样品进行 别是在不同的样本深度在大多数效应的样品表面下方预期。实验 12 /采样位置的 （ 2射速度： 150 80，体积电阻率 1013 0 7）。这意味着样品具有绝缘皮肤，因为这样的事实纳米管导向导 致中断管管接触。然而，纳米管的密度在这个皮肤层似乎没有减少，说明没有填料耗尽或迁移，如在系统中所观察到的的 38发生在这系统。 7 这种高度的 外，当使用低熔体温度时，这种效应增加增加熔体粘度。如果融化与定向 向状态冻结。在更深的样品深度17进制的 3 里，纳米管网络重定向或重组可能更容易由于在熔融状态下停留时间较长用于放松 过程。与此相反，实验 13 /取样位置 2（注射速度： 10 s，熔体温度 320，体积电阻率 109 示出不同的形态（图 8）。 此保持管连通性。 纳米管网络在这些注塑条件下似乎较少取向和中断。 较高的熔融温度导致 因此，在管之间具有许多连接点的渗透网络结构可以是关于注塑样品的高度或适应性皮肤层的认知解释了与实验系列 电阻率增加约当注射速度从 10 mm/50 到 量级恒定熔体温度为 300，熔体温度从 280升高到 320，恒定喷射速度为 80毫米 /秒，导致电阻率仅提高约 影响相当于 2 5个发现与事实有关，一旦冻结的皮肤层不能受到影响更多的熔体温度，因此， 实验系列 射速度的影响在 5验系列 并且仅分别导致体积和表面电阻率降低约 于高注射速度导致高管。因此，在实验系列 过程受到提供 大量纳米管的高 这在图 1和图 2中示出。 9和 10，其中实验 12 /采样位
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