外文翻译--一种改善微孔注射液型注塑件表面质量的新方法 中文版

一种改善微孔注射液 型 注塑件表面质量 的 新方法 摘要 微孔注射成型是用于制造发泡塑料部件的制造方法。微注塑成型有许多优点，包括材料，能源，节约成本以及提高尺寸稳定性。尽管有这些优点，该技术已被其意欲限于创建部件与表面缺陷，如表面粗糙或气体流痕。改进微塑件表面质量 的 方法已经调查了一些研究。本文介绍了一种使用微注射成型工艺实现漩涡自由发泡塑料部件的新方法。通过材料配方和气体浓度控制聚合物 /气体溶液的细胞形核率，微注塑表面缺陷的成型部件得以实现。本文介绍了这种方法的理论背景，以及在表面粗糙度和轮廓，显微组织，机械 性能和尺寸稳定性方面的实验结果。 关键词： 微注塑成型 塑料发泡 漩涡 - 自由表面 2011 Elsevier 公司 保留所有权利。 第一章 简介 市售微孔注射成型工艺（又名 MuCell 工艺）包括四个独特的步骤，即，气体溶解，成核，细胞的生长，并塑造 1。在气体溶解阶段，聚合物在注射料筒是用超临界流体（ SCF），氮气，二氧化碳，或使用特殊的螺钉，其目的是最大限度地提高混合和气体溶解在聚合物熔体中另一种类型的气体的混合。在注射过程中，大量的成核位点（幅度比常规的发泡工艺高几个数量级）都是由一个 快速和大幅度压降形成的聚合物 /气体溶液被注入到模腔中，从而导致细胞（气泡）的形成。在注射模制周期的其余部分，细胞继续生长以填充和包装出的模具，并随后补偿聚合物收缩的材料在模具内冷却。细胞生长是通过量和溶解气体的空间分布驱动。细胞的生长也被通过处理条件如熔体压力和温度，以及材料性质，如熔体强度和气体的溶解度进行控制。最后，该部分的成形发生在模具内，直到模具打开允许部分的喷射。 通讯作者。电话： TH16082620586；传真： TH16082652316。 电子邮件地址： （ L.-S. Turng）。 可在 ScienceDirect 内容列表 聚合物 期刊主页： /定位 /聚合物 0032-3861/$ e 见 前面的问题？ 2011 Elsevier 公司 保留所有权利。 DOI： 10.1016/j.polymer.2011.01.026 由于微注射成型工艺的发明，出现了对过程 、 材料并针对具体化的全过程中潜在的技术发展的许多研究。根据以往的研究 1E5，微注射成型提供了许多优点，如成本节约，降低体重，缓解加工由于粘度低，和出色的尺寸精度。由于这些优点，该微注射成型工艺已被用于在许多行业，如汽车，电气产品，以及使用范围广泛的热塑性塑料的家用电器。 尽管有这些优点， 但是 ，微注射模制零件独特的气流标记相关联的表面缺陷（ 被称为涡形痕迹 在 本 论文） 和缺乏平滑性仍然 成为 微孔注塑的主要缺点之一。为了消除或减少这些表面缺陷有过 研究 尝试，如报告在参考文献的几项研究。 6-14 。一些研究人员已经集中在模具表面的温度修正，以提高微注射模制零件 6-8 表面质量。与聚合物泡沫体，发现气泡在前进熔体前沿形成首先通过向模具表面的喷流的行为 ， 其拉伸和后拖向模具壁造 成涡形痕迹 9。在聚合物熔体的填充阶段，保持模具壁温度足够高，气泡在模具表面处，以消除提高了微孔注塑件的表面质量。通过快速，精确地控制模具温度下使用模具温度控制单元或其它种类的热或表面加热装置，可以 生产出 微孔发泡塑料与光泽和漩涡 - 自由表面。 这里也一直努力消除对微注塑件的螺旋纹无需任何模具温度控制器。特别是，有人提出，插入绝缘体到模具壁可能有助于保持模具和聚合物之间的界面温度熔融高。这种技术基本上可以得到 和 模具 10温度下变形 的 相同结果。热分析和实验结果证明， 加 在模具上的绝缘层，可提高微孔注塑件 11的表面质量。 另一种具有改进表面质量制造部件 的 方法 叫做 微孔共注塑过程 12。在该技术中，固体表面材料注入适量的注射发泡芯材 料 。这可以产生一个夹持（固体 表面 发泡 和 芯固态皮肤）结构与表面光洁度类似于常规成型部件的同时部分地保持微注射成型的优点。 用于改进的微孔注塑件表面质量的另一种方法是将气体反压过程 13,14。在这个过程中，高压气体被注入到聚合物 /气体溶液来抑制细胞的成核和气泡生长之前的模具中，同时所述聚合物 /气体溶液被注入到模腔中。朝向注射结束时，计数器的气体压力被释放并且气泡开始形成的空腔内 。 既 然大部分的零件表面已经凝固，气流 流痕 被 消除。 尽管有这些努力 来 提高表面质量，在应用微孔注塑成型过程中 ， 部分 要求 具有高表面质量的行业已经 遇到 的困难，因为这些技术需要额外的设备而导致成本高或维护。没有改善微孔注塑件的表面质量 不用 任何额外的设备或改造现有设备的 研究报道。 本文提出了一种通过控制细胞的成核率来改善微孔注塑件表面质量 的 新方法。在这项研究中，细胞成核速率 的 显着降低或延迟 是通过 控制的过饱程度和使细胞核已于灌浆期延迟。 在 聚合物 /气体溶液容积填充模腔 后 ，故意延迟成核发生和形成的气泡在聚合物基质中，除非该材料已 经固化后接触模具表面的表面上。理论背景和实验结果在本文中阐述。显微组织，表面轮廓，表面粗糙度，机械特性，尺寸稳定性也进行了研究 在 本研究 中 。 第二章 理论 2.1 成核理论的聚合物泡沫 在聚合物泡沫，成核是指聚合物 的 气体溶液中形成气泡的初始阶段。对于成核， 在它们生成 和发展 成 宏观的 大小 前 15， 气泡必须克服的自由能垒，。根据经典形核理论 16e18，成核速率是由宏观性质和聚合物和气体，如溶解性 、 扩散性 、 表面张力 、 气体浓度 、 温度和过饱和度的状态控制 的 科尔顿 和徐 19,20报告了 一 个 代表方程聚合物泡沫 的成核率。除了数学表示，他们也证实其形核理论实验为使用高压容器间歇发泡过程。由经典形核理论16-18为主微孔泡沫成核方程可表示为 （ 1） 其中 N是成核率， f是原子的分子晶格振动的频率， C是气体分子的浓度， k为玻尔兹曼常数， T为绝对温度，和 DG*是用于成核的活化能垒。 根据以前的研究 19,20，聚合物泡沫的成核速率是由两部分组成：一个同 质术语和异构术语。活化能为均相成核由下式给出 （ 2） 其中 g是气泡界面的表面能和 P 被假定为气体的饱和压力。更精确地说 , 其中 Pr是施加在高压容器中， Pr为过饱和蒸气的样品在 16中的压力的压力。也就是说， P 是所施加到蒸汽的样本压力 而不是 样品上的压力。当该饱和的气体在高压容器中的压力突然释放触发所谓的热力学不稳定性的样品渲染成过饱和状态， Pr 变成 1 条，这样比较低的公关 P可以近似为镨。 另一方面，活化能为异相成核受依赖于接触的聚合物和颗粒之间（润湿）角，并且可以被表示为几何因子 (3a) (3b) 其中， f（ ）为几何因子，它是聚合物和第二相之间的界面取决于接触角且 具有小于或等于 1 的值，对于大约 20 的典型的润湿角 固体粒子和聚合物熔体之间的界面上，几何因子是 2.7X，这表明为异相成核的能量势垒可以由三个数量级的减少与接口的存在 20,21。 2.2。成核理论微孔注塑成型 在间歇发泡过程，科尔顿和徐的理论通过实验进行了验证。由于在高压容器中的压力和在样品中的过饱和蒸汽的压力之间的差大，溶解在聚合物中的气体压力，在 P中的吉布斯自由能方程，可约假定为饱和气体压力。假设 P 是 在批处理发泡过 程相当合理 的 气体饱和压力虽然由于先前的研究 15报告过度估计 P 仍然可以具有约 30-40的误差。 成核理论由科尔顿和徐是派生的，并从经典的成核理论 16e18修改，一般是足够批次发泡工艺的简化形式。然而，有必要对这一理论在微孔注塑和挤出系统的情况下进行修改，因为 P 不能被直接控制和计量。为了预测在核微孔注塑成型和挤出过程更精确，本文提出了一种不同的形式，其中包括过饱和度期的细胞形核理论，因为它是一种直接控制因素。 为 避免错误估计 P，并考虑过饱和度，对于成核更正确的激活能量方程可以从下面的公式 16,17导出 , （ 4） 其中 Rc 是特征液滴的半径，并且 W.Thomson 方程 （ 5） 其中 PN 是饱和蒸汽（即，平衡压力）的压力， R 是通用气体常数， M是摩尔质量， r是密度。这些方程产量 （ 6） 它也可表示为 (7) 其中 RL 是散装液体的分子密度，以及 SD 镨 = PN 被定义为supersaturation.Thus 的程度，为成 核的微注射成型过程中的活化能方程（参见方程（ 2） ）可以通过以下方式给予 （ 8） 因而可以说，在活化能为成核是成反比的过饱和度的自然对数的平方。 在该微注射成型过程中， 当 它被注入到模腔中 时 聚合物 /气体溶液变成过饱和亚稳态溶液。这是因为 在 压力迅速下降 时 气体能够溶解在聚合物中的量为小于最初溶解在聚合物熔体中的气体量。特别是，假设空气在空腔被正确排出，在前进熔体前沿的压力为大气压。可以由阿累尼乌斯型表达式来获得关于温度 22的气体在聚合物中在大气压力和处理温度的溶解度 (9) 其中， 是 气体的聚合物在标准温度和压力条件下（ 298K 和 1 个大气压）中的溶解度。参数是吸附的摩尔热， Tmelt 是聚合物熔体的温度。 由此，过饱和度由下式给出 (10) 其中是可以由超临界加以控制的气体剂量流体（ SCF）的供电系统 。 在标准温度 下， 各种聚合物 /气体系统吸附的热量，在许多先前公布的研究进行了研究和总结。为了得到过饱和度在微注射成型过程中的聚合物 /气体溶液，就必须要么测量在标准温度和压力下气体 在 聚合物中的溶解度，或公布气 体 在 该聚合物的溶解度的数据。在等式的活化能垒为核（ 8）， G*，可以基于过饱和度 计算和气泡界面，克的表面能获得的。给出的活化能垒和频率因子 f，成核速率（表示为公式（ 1），然后可以计算。气泡界面的表面能和频率因子的估计值将在下面讨论。 在微注射成型中，聚合物 /气体溶液可以被视为一种液体混合物。因而，气泡的界面，克的表面能，可以表示为 23,24 （ 11） 其中是该聚合物的表面能中，是密度和是气体的重量分数 。 此外，对于气体分子， F是 等式的频率系数。（ 1）可以表示为 24-26 (12) 其中， z是泽利多维奇因素，占已达到临界规模，但仍无法将增长到可持续气泡许多集群。参数是冲击速率的气体分子碰撞的群集的壁上。参数可以作为一个校正系数，并通过实验来确定。 一旦获得了成核速率的过饱和度的函数，可以控制气体在聚合物熔体中，以控制或延缓细胞的成核的发生（ SCF）的内容，以便没有气泡形成于在前进的熔体前沿注射灌浆期 。 因此，允许部分微孔固体，漩涡自由表面进行注射成型。 第三章 实验 3.1、材料 在本研究中使用的材料是一种注塑级低密度聚乙烯，低密度聚乙烯（雪佛龙菲利浦化 学公司，德克萨斯州，美国）。它具有 25 g/10 分钟 和 0.9253 的密度，熔体指数。 为了证实该理论，通过控制过饱和度，无规共聚聚丙烯（ PP）的程度提高表面质量也被用于本研究。在本研究中使用的聚丙烯是 Titanpro SM668（钛工业株式会社制，马来西亚），具有 20 g/10 分钟 和 0.93 的密度，熔体流动指数。使用了两种材料作为没有任何着色剂，填料，添加剂或接收。 商品级氮气被用作物理发泡剂的微孔注射成型试验。 3.2、 微注塑成型 在这项研究中，在 Arburg320S 注塑机（ Arburg 公司，德 国）用于两个固体 常规和微孔注射成型实验。在这项研究中所使用的超临界流体（ SCF）的供电系统是 S11-TR3 模型（ Trexel 公司，沃本， MA， USA）。总的气体量通过调节气体喷射时间 t 和气体注入流量， M_克控制。拉伸试验模具，其产生符合 ASTM D638 I型 标准拉伸试样，被用于本实验 。 对于这两种 LDPE 和 PP 拉伸试样的注塑成型，喷嘴和模具温度分别设定在221 摄氏度和 25 摄氏度 ， 循环时间为 40 秒。 注塑 速度 为 80 厘米 3 / s。在这项研究中，六个不同的气体剂量（浓度）用于低密度聚乙烯注塑如表 1所示，此外， 四种不同的气体剂量被用于聚丙烯的微孔注射成型。超临界流体在 140bar的压力下，以与该聚合物进行混合熔化在该实验中注入注入桶。泡沫重量减少与固体塑料件是针对 80.5的 每一个试样。对于传统的注塑成型试验中， 在 6 秒内达到 2 0.2 立方厘米的注射量巴 0bar 的填充压力被。对于该微注射成型的实验中，聚合物熔体的注射量是 19.2 立方厘米和包装阶段就被淘汰 表 1 气体剂量（浓度）采用微蜂窝注塑工艺。 简化特性 聚合物 气体类型 注气流量（ KG/小时） 天然气用量时间（ s） 近似的气体用量（ wt） MC1-L LDPE 氮 0.05 0.7 0.102 MC2-L LDPE 氮 0.06 0.75 0.135 MC3-L LDPE 氮 0.07 0.8 0.173 MC4-L LDPE 氮 0.08 1.0 0.255 MC5-L LDPE 氮 0.08 1.5 0.418 MC6-L LDPE 氮 0.11 1.5 0.575 MC1-P PP 氮 0.05 0.7 0.102 MC2-P PP 氮 0.07 0.8 0.173 MC3-P PP 氮 0.08 1.0 0.255 MC4-P PP 氮 0.11 1.5 0.575 3.3、 分析方 法 联邦 Surfanalyzer4000（联邦产品公司， RI， USA） 被用于 分析模塑拉伸试条试样的表面粗糙度。常规和微注塑件的表面粗糙度在图 3所示的三个位置进行 了评价。常规和微注塑件的表面粗糙度在图 3 所示的三个位置进行了评价。 1和基于测量所有三个位置进行平均表面粗糙度记录和报告。驱动速度，驱动器和长度为测试均 0.75 毫米， 2.5 毫米 /秒，和 25毫米。对于每个处理条件，对每一个试样 10试样和三个点进行了测试。 图 、 3 低密度聚乙烯注塑件代表表面轮廓。 除了表面粗糙度，微注塑样品中通常通过一个三维表面轮廓观察到涡形痕迹，也可以清楚地表明。 ZYGO 新视点（ Zygo 公司， CT， USA），在这项研究中 ，一种非接触式三维表面轮廓，扫描距离 10 注射 成型零件表面轮廓用来 观察 。 用以 15 kV 的加速电压的 JEOL JSM- 6100 扫描型电子显微镜观察该发泡部分的微结构。观察微孔注塑件试件的横截面分别用液氮冷冻并随后破裂。选择 每个不同工艺 条件的代表图像和细胞大小和密度进行分析。用一个 UTHSCSA 图像工 具作图像分析软件，以评估细胞密度和大小。 一个 MTS SINTECH 10GL 螺杆驱动的机器是用来测试的模标本，包括屈服应力，断裂伸长率，弹性模量和极限应力的主题力学性能。十个试样的每个条件进行了测试。拉伸试验速度为 50.8 毫米 /分钟。美国 ASTM 拉伸杆的原理图和各种分析的位置示于图 1 。 图 、 1，原理 ASTM 拉伸试棒，测试 位置 。 要测试的注塑试样的尺寸稳定性，拨盘卡尺三丰制作使用。模腔的尺寸被第一测量，然后测定所获得的注塑件和与所述模腔的实际尺寸进行比较。 第四章 结果与讨论 4.1、 表面轮廓和粗糙度测量 作为一种视觉插图，图 2示出了代表性的注射成 型的低密度聚乙烯（ LDPE）的部件。为了更好地揭示照片中的表面质量， 5重量的着色剂加入到该材料虽然未经着色剂 也可以 获得相同的表面质量。如预期的，在现有的固体注塑部分（图2（ a），有光泽的和无瑕疵的表面。另一方面，典型的微孔注塑部分（图 2（ b）产生具有中等或高气体浓度有由于涡形痕迹一个无光泽表面。一种微蜂窝塑料部分（图 2（ c），模制的 0.173 重量或更少的严格控制的气体浓度比常规固体注塑部分具有高品质的表面光洁度。无涡形痕迹或缺陷的表面上观察到。对于聚丙烯（ PP），可以观察到微孔注塑件为 0.173 重 量或更少也表现出旋流和无光 亮表面的气体产生量。 图 、 2代表注模 LDPE 部分：（ a）常规固体注塑部分，（ b）微孔注塑部分具有高气体浓度 0.173wt，及（ c）微注射成型部件具有低气体浓度 0.173wt。为了更好地揭示了表面质量， 5重量的着色剂加入到该材料。在本文所报道的所有其他成型实验中，所用的材料如无着色剂接收 。 图 、 3示出的注射模塑部件由 LDPE 制成的代表性的表面进行访问。对于这种材料，微孔塑料零件成型用的 0.173 重量或更少，即， MC1-L， MC2-L和 MC3-L的气体量（参见表 1）具 有等同于常规的注射模制的表面质量部分。对于那些部分，在表面上的任何涡形痕迹是不可见的，肉眼（参照图 2）。另外，通常存在于微孔注塑件的缺乏光滑度和亮度的人不易觉察到触摸或对人的眼睛。微孔注射成型 PP 试样显示出类似的结果，以低密度聚乙烯，因而未示出。 MC1-P和 MC2-P已漩涡 - 自由表面没有任何明显的表面缺陷。另一方面， MC3-P 和 MC4-P，它具有较高的气体量，显示涡形痕迹在其表面上，并具有粗糙的表面像人们可 想到的典型微孔注塑件相关联 。 如该图 3（ a）所示，常规的 LDPE 注塑部分的表面具有由于由聚合物的重 复流诱导其表面融化以上任一加工痕迹或正常磨损条纹就可以了。除了这些条纹，它具有光滑和均匀的表面轮廓。图 3（ b）示出了该微 LDPE 注塑成 0.173 重量 或更少的气体浓度的代表性的表面轮廓。它有一个光滑平整的表面轮廓，媲美传统的注塑件。 另一方面，用氮气超过 0.173（重量）的微孔聚乙烯塑料成型表面上螺旋纹和表面粗糙是显而易见的，如图 2-D 和图 3 的三维表面图。图 3（ c）示为黑色所示的区域。 3（ c）是在该表面轮廓无法测量的高度差，由于不平坦的表面超过了预先设定的测量范围（即，直径 10mm）的域。常规和微孔聚丙烯 注塑件的表面轮廓是 与 LDPE 同行非常相似的。 如前所述，微孔注塑件，如螺旋纹和缺乏平滑性，表面缺陷是由气泡在在模具填充阶段的前进熔体前沿形成引起的。这些泡沫是由喷流输送行为朝向模具表面，并由传入聚合物熔体 6,9随后拉伸和拖向模具壁。在该微注射成型过程导致的降低的过饱和，使用的少量的气体导致在所需的成核的活化能大大增加了。升高的活化能导致大颗粒的成核速率，这延缓了成核和气泡随后的生长 。 在前进的熔体前沿，并随后被拖动和拉伸在模具壁，使形成的气泡的概率显着地减小。 表 2示出了基 于该核理论含有过饱和的先前呈现的程度微孔注塑件的理论 上的成核速率。对于所考虑的原料及实验，不 变的 被假定为。从 参考文献 27得到的氮中的 LDPE 的溶解度。氮在聚丙烯中的溶解度是已知的，根据由 Park和他的同事们 28e30和未发表的研究结果进行 和以前 的研究 相 比 更高， LDPE约 为 35。因此，给定气体的量相同，过饱和度为 PP/N2 度变得 比 LDPE/N2.To更 低 ，约为 25 。 为考虑到温度对表面张力的影响，海姆方程报道 在参考文献31用于表面张力对温度的计算。氮的密度为使用真实气体 32的属性数据由工程 方程求解（ EES）获得。 表 2 微孔注塑件的理论成核速率。 配方 C（ number/） (dyne/cm) S(g/g) MC1-L 1.92E19 20.9 3.28 1.65E7 5.59E-19 3.93E-22 MC2-L 2.55E19 20.9 4.35 2.05 E7 3.65E-19 7.74E-10 MC3-L 3.27E19 20.8 5.58 2.40E7 2.63E-19 2.37E-3 MC4-L 4.83E19 20.8 8.24 2.94E7 1.75E-19 9.36E2 MC5-L 7.91E19 20.6 13.5 3.63E7 1.11E-19 1.03E7 MC6-L 1.09E20 20.5 18.5 4.07 E7 8.72E-20 3.91E8 MC1-P 1.90E19 17.9 2.43 1.24E7 6.29E-19 1.77E-26 MC2-P 3.24E19 17.9 4.13 1.98E7 2.46E-19 3.07E-2 MC3-P 4.78E19 17.8 6.10 2.52E7 1.49E-19 4.08E4 MC4-P 1.08E20 17.5 13.7 3.65E7 6.74E-20 6.38E9 如表 2 所示，为 MC1-L 理论的成核速率， MC2-L， MC3-L， MC1-P，和 MC2-P-即，微注射成型部件没有在表面上具有螺旋纹敢显著小。另一方面，作为与超出0.173（重量）的气体剂量的过饱和度增加，活化能为核减小，而核率急剧增大。在成核速率和活化能为气体剂量的函数的急剧变化绘制在图 4，由于气体的量增加增量，成核速率的增加显著，并在某一点，许多泡孔核形成足够的气泡，以使微孔注塑件的表面上的螺旋纹。在表 2中，可以相信，在 LDPE 和 PP 之间的成核速率与细胞大小的差别主要是由于在聚合物熔体和氮气在聚合物中的溶解度的表面张力差异。 图 、 4 活化能为成核和核率与气体剂量（ a） LDPE 及（ b） PP。 图 5 示出细胞的成核时的聚合物 /气体溶液被注入到模腔中的机制。作为聚合物 /气体溶液被注入到模具中，在压力下降时沿水流方向向着前进的熔体。在这点上，压力为大气压力。当压力降低时，氮气的聚合物减少，而过饱和程度增加的溶解度，使得成核开始出现。理论上，起点为细胞产生核是在哪里过饱和度变为大于单位的点。然而，细胞的成核率仍 然过小，因此可以忽略不计在这一刻。成为表面的质量问题，一个显著高泡孔成核评估可以引起泡沫塑料的表面上螺旋纹应该是大约在至。该细胞成核速率范围对应于一定程度的过饱和度 LDPE 的 为6.1 和 7.0 之间为和聚丙烯 的为 4.2 和 4.7 之间。如该图所示。图 5（ a）中，作 为气体量减少时，起点细胞成核延迟。可以想象的是，低于一定程度的过饱和，泡孔成核不前的聚合物 /气体溶液的熔体前沿接触模具壁发生。一旦固体表层固化，涡流 - 自由表面上形成。在这之后，细胞开始成核和生长在炎热聚合物芯的冷却模具内，直到材料凝固。 图。 5，起 点核细胞为（ 1）高的气体在灌浆期的浓度，（ 2）中度气体浓度，以及（ 3）低气体浓度。 通过控制过饱和度，并因此 控制 细胞的成核速率，可以延迟或抑制发泡部的表面上形成气泡。这就是为什么微孔注射成型 LDPE 零件的 为 0.173wt或更少的氮含量比那些具有更高剂量的气体有更 平滑 表面（参见图 6）。在图 6，和是平均值，均方根，以及最大的峰 - 谷高度粗糙度 。 MC4-L， MC5-L和 MC6-L 具有粗糙 75-101表面，平均比传统的注射成型部件。此外，这些微孔 注塑件显示粗糙度的宽偏差表明控制表面粗糙度的难度。另一方面 ，样品注射成型用的0.173wt或更少的氮具有表面比那些具有中等或高气体浓度更加平滑，但它们仍比传统的注射模塑部件粗糙 11-20。当表面粗糙度的标准偏差被认为是，旋流无微孔注塑件具有与传统模制零件相当类似的表面。测试结果的 PP 显示出类 似的图案的那些的 LDPE，如图所示。图 6（ b）所示。 图 、 6表面常规和微注塑件的表面粗糙度。 （ a） 低密度聚乙烯 （ b） PP。 4.2 微观结构 表 3和图图 7示出了泡孔直径和微孔注塑件与气体量密度。基于图 8 中所示的细胞结构的 SEM图像的泡孔直径和密度 并 用图像分析软件 （ UTHSCSA图像工具）进行分析和计算。作为气体量增加，平均泡孔直径减小和细胞密度增加。据认为，由于具有较高的过饱和度 和 增加的细胞的成核速率 ，在 充填阶段成核过程中的细胞更多和更早。对于微孔注射成型 LDPE 部件与在其表面上无涡形痕迹，平均气泡直径为超过 550 毫米。另一方面，微注射成型 LDPE 份具有涡形痕迹可以具有小于 300毫米和细胞密度比其漩涡 - 自由对应约 8倍以上的平均泡孔直径。 对于聚丙烯，微孔注塑件，直径 149 米和细胞密度 为 27， 000 平均立方厘米 的气泡被未经其表面上螺旋纹实现。 MC1-P具有比 MC2-P 更 大稀疏气泡，产生了巨大的泡孔尺寸分布。另一方面， MC3-P和 MC4-P有内部小和更密集的气泡。此外， MC3-P和 MC4-P的气泡尺寸比 MC1-P 标本更正规。 MC2-P比 MC1-P 有更小 、更均匀 、 更密集的气泡虽然它有比 MC3-P 或 MC4-P样品相对较大和稀疏的气泡。 从这些显微组织的分析，可以得出的结论是模制有中等或较高气体浓度典型微孔塑料比那些模塑具有较低的气体含量具有更小和更密集的气泡。 对于 漩涡无微孔注塑件， 由于 细胞在充填阶段比典型的微孔注射成型的成核发生得更慢 更迟 ， 所以它 是一种权衡较细和较致 密的细胞形态 的 。与核的数量较少时，模制零件往往有较大的和稀疏的气泡。而相比于那些在典型的微注射模制零件的细胞大（由于较慢的成核速率），这些细胞仍处于亚毫米范围内。然而，应该指出的是，典型的微孔注塑件通常具有 100毫米或更小和周围 106 cells/cm3的细胞密度的细胞大小。此外，细胞形态可以影响机械性能和尺寸稳定性。在下面的章节将介绍 对它们 进一步的研究。气体发泡的结晶和结晶形态的影响，以及在微注射成型（参见 33-35），数学建模和数值预报需要进一步的研究。 4.3、 机械性能 图 9示出的微孔注塑件的相 对的力学性能 与 传统的注塑件 之比 。对于 LDPE，应变 在 漩涡无微孔注塑件 断比比 微孔部件具有更 低 更小的和更均匀的具有较高的气体浓度，从而更均匀和断裂之前不再伸长关联气泡。发现不同的气体量对于屈服应力无明显变化。有趣的是，漩涡无微孔注塑件具有比典型的微孔更好的弹性模量和极限应力注塑件。这是因为降低了发泡剂增加皮肤层的未发泡，使得一些微孔注射成型部件的机械性能增加 36-38。 图 9如相对于传统的注塑件微孔注射的相对的力学性能模塑部件。 （ a） LDPE（ b） PP。 聚丙烯试样表现类似于 LDPE 试样中所示的机械 性能。 MC1-P 和 MC2-P的弹性模量分别为显著超过 MC3-P 和 MC4-P的。另外，低气体含量 的 注塑件比他们同 类型 有更高的最终应力。菌株在漩涡的无微孔注塑件 比 典型的微孔注塑试样要少得多。显而易见的是，微孔塑料的细胞形态 严重 影响其机械性能。也可能是断裂伸长率显着影响它的细胞形态。一种微注射成型零件具有更微小的气泡和气泡均匀分布往往表现出比那些用更少但更大的泡沫 有 更大的断裂伸长率。 4.4 尺寸稳定性 注塑件与气体浓度的尺寸稳定性 如 图 10 所示 ，如气体含量的增加微孔注塑件的收缩率明显降低。两个 LDPE 和 PP 试样变化 在厚度方向上都大于流 动方向和横向。如果单元格核太低，可能无法完全实现改善尺寸稳定性。 一个用氮气的 0.173wt 的 微孔 LDPE 部分的收缩最接近研究中 的 常规注塑部分的六个不同批次的试样。对 PP，用收缩类似的模式进行观察。由于 PP 小而致密的气泡 ， 收缩率在每一个方向比低密度聚乙烯微孔注射成型 LDPE 的低。 图 10 注射收缩成型部件与气体用量。 （ a） 的 LDPE。 （ b） PP。 第五章 结论 通过降低过饱和度 、 活化能会 使 核细胞增加，从而大大降低了泡孔成核速率。这阻碍了在模具填充阶段的细胞的成核，从而防止 对聚合物 /气体溶液的 形成 熔体前沿形成气泡，从而产生涡流的无微孔注塑件。从理论和实验上这 ， 项研究表明这种方法的可行性。 在这项研究中旋流无微孔注塑件产生了类似的表面质量， 比 传统的注塑成型件的重量减轻 8的 优势 。表面缺陷，如缺乏亮度，气体流痕，和粗糙表面长久以来都被认为是微孔注射成型过程不可避免的缺点 ，该成型方式如果没有 进行了无需任何附加设备或设备改造 或是 所要求的其他方法 将被淘汰。 典型的微孔注塑件的微观结构显示出比漩涡无微孔注塑件更小和更密集的气泡。可以看出，随着气体量逐渐增大，注塑件具有减小的气泡大小和增加 的泡沫密度，同时保持表面的质量，直到 达到 一定程度的过饱和或气体的剂量为止。当达到这个阈值，然而，细胞的成核速率足够高，涡形痕迹开始出现在表面上。如何精确地去维护所希望的细胞的形态，也就是，更小和更密集的气泡供一个漩涡 - 自由表面为微孔注塑件需要进一步调查。 在涡流无微孔注射成型部件的断裂应变比典型的微孔注塑部分的明显降低。另一方面，涡流无微孔注射成型部件表现出比典型的微孔注塑部分更高的弹性模量和极限应力。对于尺寸稳定性，微孔的注塑件的收缩 因 增加气体的用量 而 被减小。模塑用 0.173wt的氮甲漩涡无微孔 LDPE 标本显示可接受的收缩性能 与 常规的注射成型部件具有可比性，或更好在某些情况下比。 在这项研究中，使用一个恒定的模具填充速率。然而，不同的模具填充速率会影响在腔中的压力，进而影响细胞的成核速率。这种模具灌浆速率效应和气体发泡的结晶和结晶形态，以及在微注射成型的数学建模和数值预报的影响还需要进一步研究。 致谢 作者感谢 Energizer 个人护理产品提供的财政和技术支持。此外，作者由衷地感谢微孔塑料制造实验室在多伦多大学提供一些在本研究中使用的技术数据。 参考文献 1 Trexel 公司， Inc。网 站， 。 2 Knights M.塑料技术 1999 ； 45:41 。 3 Kramschuster A， Cavitt R， Turng LS，陈 ZB ， Ermer D.塑料，橡胶和复合材料 2007 ； 35:198 。 4 Yoon JD, Cha SW, Chong TH, Ha YW。聚合物 - 塑料技术与工程 2007 ； 46:815 。 5 Shen C, Kramschuster A, Ermer D, Turng LS.。国际聚合物加工 2006 年21:393 。 6 Cha SW, Yoon JD。聚合物 - 塑料科技 2005 年工程 ； 44:795 。 7 Smith C.塑料橡胶周刊 2004 年 4:22 。 8 Chen SC, Chang JA, Jong WR, Lin YW。聚合物加工的程序 学会第 24 届年会 ； 2008 ， 44 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