（机械设计及理论专业论文）医疗制品微发泡注塑成型工艺及设备的研究.pdf

学位论文数据集 中图分类号t q 3 2学科分类号 4 6 0 2 0 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 1 2 0 7 1 6 密级公开 学位授予单位代码 1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名边智学号2 0 0 9 0 0 0 7 1 6 获学位专业名称机械设计及理论获学位专业代码 0 8 0 2 0 3 课题来源自选研究方向 高分子材料成型加工 论文题目医疗制品微发泡注塑成型工艺及设备的研究 关键词 微发泡螺秆，尺寸稳定性，泡孔形态，力学性能，正交试验 论文答辩日期2 0 1 2 年5 月2 5 日论文类型 应用研究 学位论文评阕及答辩委员会情况 姓名职称 工作单位学科专长 指导教师丁玉梅副研究员北京化工大学高分子材料先进制造 评阅人1 杨卫民教授北京化工大学聚合物加工原理及设备 评阅人2谢鹏程 副研究员 北京化工大学 高分子材料先进制造 徽员糊李培杰教授清华大学轻金属材料的研究开发 答辩委员1杨卫民 教授北京化工大学聚合物加工原理及设备 答辩委员2张亚军教授北京化工大学机械控制和塑料机械 答辩委员3关昌峰研究员北京化工大学化工过程及装备 答辩委员4谢鹏程副研究员北京化工大学高分子材料先进制造 答辩委员5杨于光 副教授 北京化工大学塑料机械 答辩委员6马秀清副教授北京化工大学聚合物加工原理及设备 答辩委员7毕超 副教授 北京化工大学橡塑装备 答辩委员8何红副教授北京化工大学聚合物加工理论及设备 答辩委员9李翱讲师北京化工大学聚合物成型装备 答辩委员1 0党开放讲师北京化工大学机电系统控制理论 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 询。 二中图分类号在( ( 中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t13 7 4 5 - 9 ) 学科分类与代码中查 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 医疗制品微发泡注塑成型工艺及设备的研究 摘要 近年来高分子材料医疗制品的尺寸稳定性问题越来越引起重视，制 品的尺寸稳定性已成为制约高分子材料在医疗制品成型加工领域广泛 应用的重要问题。微发泡注塑成型技术可以提高制品的尺寸稳定性，但 对于复合材料特别是玻纤增强型材料，制品的尺寸稳定性还有待进一步 提高。本文采用微发泡注塑成型技术，研究了成型工艺参数对医疗制品 尺寸稳定性的影响，并提出了优化的玻纤增强型材料成型工艺。 根据微发泡注射成型的基本原理，提出了一种医疗制品微发泡注塑 成型塑化系统，并提出一种新型螺杆结构，提高了螺杆对超临界气体分 散混合效果。借助m o l d f l o w 软件，研究了成型工艺对制品泡孔形态的 影响，结果表明各工艺参数影响程度从大到小依次为：熔体温度、气体 含量、注射量、模具温度和注射时间。以聚丙烯和玻纤增强型聚丙烯为 材料，实验研究了成型工艺参数对制品x 方向和y 方向尺寸稳定性的 影响，提出了不同含量玻纤增强聚丙烯医疗制品的优化成型工艺参数。 采用优化成型工艺，研究制品泡孔微观形态对尺寸稳定性和力学性能的 影响。研究得出，良好的泡孔微观形态可以显著地改善制品的尺寸稳定 性和力学性能，提高微发泡医疗制品的成型质量和使用性能。 关键词：微发泡螺杆，尺寸稳定性，泡孔形态，力学性能，正交试验 r e s e a r c ho nt h ep r o c e s s i n g c o n d i t i o n sa n d e q u i p m e n t so fm i c r o c e l l u l a ri n j e c t i o n m o l d i n gf o rm e d i c a lp r o d u c t s a b s t r a c t r e c e n t l y t h e p o l y m e rm a t e r i a l sw e r ew i d e l yu s e d i nm e d i c a l p r o d u c t s ，t h ed i m e n s i o n a ls t a b i l i t i e s o fm e d i c a lp r o d u c t sw a sh i g h l y c o n c e r n e d t h ed i m e n s i o n a ls t a b i l i t i e sw e r et h ek e yp o i n tt h a tr e s t r i c t e d t h ep o l y m e rm a t e r i a l sa p p l i c a t i o ni nm e d i c a lp r o d u c t s t h em i c r o c e l l u l a r i n j e c t i o nm o l d i n gt e c h n o l o g yc o u l do b v i o u s l yi m p r o v et h ed i m e n s i o n a l s t a b i l i t i e s ；h o w e v e r , f o rc o m p o s i t em a t e r i a l se s p e c i a l l yt h eg l a s sf i b e r r e i n f o r c e dm a t e r i a l s ，t h ed i m e n s i o n a ls t a b i l i t yo ft h ep r o d u c t ss h o u l db e f u r t h e re n h a n c e d t h i sp a p e r i n v e s t i g a t e d t h ee f f e c t so f p r o c e s s i n g c o n d i t i o n so nt h ed i m e n s i o n a ls t a b i l i t i e so fm e d i c a lp r o d u c t s ，u s i n g m i c r o c e l l u l a ri n j e c t i o nm o l d i n g w i t h i nt h ep r o c e s s i n gr a n g es t u d i e d ，t h e o p t i m i z e dp r o c e s s i n gp a r a m e t e r sw e r ea c h i e v e d b a s e do nt h ep r i n c i p l eo fm i c r o c e l l u l a ri n j e c t i o nm o l d i n g ，an e w m i c r o c e l l u l a ri n j e c t i o nm o l d i n gp l a s t i c i z i n gs y s t e ma n dan o v e ls c r e w w e r ed e v e l o p e df o rt h em i c r o c e l l u l a ri n j e c t i o nm o l d i n gt e c h n o l o g y , t h e i i i 北京化工大学硕士学位论文 s c r e ww a s p r o v e d e x c e l l e n t d i s p e r s i v e a n dm i x i n gc a p a b i l i t y t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep r o c e s s i n gp a r a m e t e r sa n dt h ec e l lm o r p h o l o g y w e r ei n v e s t i g a t e db yt h em o l d f l o wn u m e r i c a ls i m u l a t i o ns o f t w a r e ，t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ei n f l u e n c e o fv a r i o u sp r o c e s sp a r a m e t e r si n d e c r e a s i n go r d e rw e r e ：m e l tt e m p e r a t u r e ，g a sc o n t e n t ，t h ea m o u n to f i n j e c t i o n ，m o l dt e m p e r a t u r ea n di n j e c t i o nt i m e s t i l l t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ep r o c e s s i n gc o n d i t i o n sa n dt h ed i m e n s i o n a ls t a b i l i t i e so ft h e m o l d e d p o l y p r o p y l e n e a n d g l a s s f i b e rr e i n f o r c e d p o l y p r o p y l e n e s p e c i m e n sb o t hi nx d i r e c t i o na n dyd i r e c t i o nw e r ep e r f o r m e d ，a n d p r o p o s e dt h eo p t i m i z e dp r o c e s s i n gc o n d i t i o n sf o rd i f f e r e n tc o n t e n to f g l a s sf i b e rr e i n f o r c e dp o l y p r o p y l e n e t h ee f f e c to ft h ec e l lm i c r o s t r u c t u r e o nt h ed i m e n s i o n a ls t a b i l i t i e sa n dt h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e s w e r e e x a m i n e du s i n gt h es c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ( s e m ) t os t u d yt h e v a r i a t i o no fc e l ls i z ea n dd e n s i t yw i t hd i f f e r e n tp r o c e s s i n gc o n d i t i o n s t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h em i c r o s t r u c t u r eo fc e l l sa f f e c t e dt h ed i m e n s i o n a l s t a b i l i t i e sa n dt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e ss i g n i f i c a n t l y , a n di tc a nb e o b v i o u s l yi m p r o v e dw i t ht h eo p t i m i z e dp r o c e s s i n gc o n d i t i o n se s p e c i a l l y f o rt h em e d i c a lp r o d u c t s k e yw o r d s ：m i c r o c e l l u l a r s c r e w , d i m e n s i o n a ls t a b i l i t y , c e l l m o r p h o l o g y , m e c h a n i c a lp r o p e r t y , o r t h o g o n a le x p e r i m e n t i v 目录 目录 第一章绪论1 1 1 课题背景及研究意义1 1 2 国内外研究现状3 1 3 研究目的及意义5 1 4 主要研究内容6 第二章医疗制品微发泡注塑成型设备的研究7 2 1 引言7 2 2 微发泡注塑成型的基本原理7 2 3 微发泡注塑成型设备的工作特点8 2 4 医疗制品微发泡注塑成型塑化系统的研究。1 0 2 4 1 微发泡螺杆的设计1 1 2 4 2 机筒和喷嘴的设计1 3 2 5 医疗制品微发泡注塑成型的其它装置1 4 2 6 微发泡螺杆分散混合段优化的研究1 5 2 6 1 模型建立1 5 2 6 2 分散混合段的结构1 6 2 6 3 螺旋沟槽的槽宽1 8 2 6 4 四头螺纹螺距2 0 2 7 本章小结。2 1 第三章医疗制品微发泡注塑成型数值模拟2 3 3 1 引言2 3 3 2 理论模型2 3 3 2 1 泡孔成核理论2 3 3 2 2 泡孔长大理论2 5 3 3 微发泡注塑成型数值模拟2 7 3 3 1 正交实验设计2 7 3 3 2 有限元模型建立2 7 v 北京化工大学硕士学位论文 3 3 3 参数设定2 8 3 4 模拟结果与讨论2 9 3 5 工艺参数的优化设计3 4 3 6 本章小结。3 4 第四章微发泡注塑成型医疗制品尺寸稳定性的实验研究3 7 4 1 引言3 7 4 2 实验部分3 7 4 2 1 实验材料3 7 4 2 2 实验仪器设备3 7 4 2 3 正交试验设计4 0 4 2 4 性能测试及表征4 0 4 3 实验结果与分析4 1 4 3 1 实验结果4 l 4 3 2 工艺参数对尺寸稳定性的影响4 3 4 3 3 工艺参数的优化设计4 5 4 4 本章小结4 7 第五章泡孔形态对微发泡医疗制品尺寸稳定性和力学性能的影响4 9 5o l 引言4 9 5 2 实验部分4 9 5 2 1 实验材料4 9 5 2 2 实验仪器设备4 9 5 2 3 试样的制备5 0 5 2 4 性能测试及表征5 0 5 3 微发泡制品泡孔形态5 1 5 3 1 微观结构及泡孔分布5 1 5 3 2 泡孔密度和泡孔直径的关系5 3 5 4 微发泡制品力学性能5 6 5 4 1 拉伸性能5 6 5 4 2 冲击性能5 7 5 4 3 微观结构对制品拉伸性能的影响5 7 v i 目录 5 4 4 微观结构对制品冲击性能的影响5 8 5 5 本章小结5 9 第六章总结与展望。6 1 6 1 主要研究工作及结论6 1 6 2 研究展望6 2 参考文献6 3 致谢。6 7 研究成果及发表的学术论文6 9 作者和导师简介7 1 v l i c o n t e n t s c o n t e n t s c h a p t e r li n t r o d u c t i o n 1 1 1s u b j e c tb a c k g r o u n da n dr e s e a r c hs i g n i f i c a n c e 1 1 2r e s e a r c hs i t u a t i o na th o m ea n da b r o a d 3 1 3r e s e a r c hs i g n i f i c a n c ea n d p u r p o s e 5 1 4m a i nr e a e a r c hw o r k 6 c h a p t e r 2t h ed e s i g no fm i c r o c e l l u l a ri n j e c t i o nm o l d i n gm a c h i n ef o r m e d i c a lp r o d u c t s 7 2 1p r e f a c e 7 2 2t h ep r i n c i p l eo fm i c r o c e l l u l a ri n j e c t i o nm o l d i n g 7 2 3t h ec h a r a c t e r i s t i c so fm i c r o c e l l u l a ri n j e c t i o nm o l d i n ge q u i p m e n t 8 2 4t h ep l a s t i c i z i n gs y s t e mr e s e a r c hf o rm i c r o c e l l u l a ri n j e c t i o nm o l d i n g 1 0 2 4 1t h es c r e wd e s i g nf o rm i c r o c e l l u l a ri n j e c t i o nm o l d i n g 1 1 2 4 2t h eb a r r e la n dn o z z l ed e s i g nf o rm i c r o c e l l u l a ri n j e c t i o nm o l d i n g 1 3 2 5t h eo t h e re q u i p m e n t sd e s i g nf o rm i c r o c e l l u l a ri n j e c t i o nm o l d i n g 1 4 2 6t h es c r e ww i p i n ga n dm i x i n gs e c t i o n sr e s e a r c hf o rm i c r o c e l l u l a ri n j e c t i o n m o l d i n g 1 5 2 6 1m o d e lb u i l d i n g 1 5 2 6 2t h es c r e ww i p i n ga n dm i x i n gs e c t i o n sd e s i g n 1 6 2 6 3t h es c r e wg r o o v eo p t i m i z a t i o n 1 8 2 6 4t h ef o u rh e a dt h r e a ds c r e wc o n f i g u r a t i o n 2 0 2 7s u m m e r y 2 1 c h a p t e r 3 t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o no fm i c r o c e l l u l a ri n je c t i o n m o l d i n gf o rm e d i c a lp r o d u c t s 2 3 3 1p r e f a c e 2 3 3 2t h et h e o r e t i c a lm o d e l 2 3 3 2 1c e l ln u c l e a t i o nt h e o r y 2 3 3 2 2c e l lg r o w t ht h e o r y 2 5 i x 北京化工大学硕士学位论文 一_ 一 3 3t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nm i c r o c e l l u l a ri n j e c t i o nm o l d i n g 2 7 3 3 1t h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n t 2 3 3 2t h ef i n i t ee l e m e n tm o d e l 2 7 3 3 3p a r a m e t e r ss e t t i n g ”2 8 3 4r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 2 9 3 5t h ep r o c e s s i n gc o n d i t i o n so p t i m i z a t i o nd e s i g n “3 4 3 6s u m m e r y j 斗 c h a p t e r 4e f f e c to fp r o c e s s i n gc o n d i t i o n so nt h ed i m e n s i o n a ls t a b i l i t y o fm i c r o c e l l u l a ri n j e c t i o nm o l d e dm e d i c a lp a r t s 3 7 4 1p r e f a c e 3 。7 4 2e x p e r i m e n t 3 7 4 2 1m a t e r i a l s 3 7 4 2 2e x p e r i m e n t a le q u i p m e n t s j ， 4 2 3t h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n td e s i g n 4 0 4 2 4p e r | ! o n n a n c et e s ta n dc h a r a c t e r i z a t i o n 4 0 4 3r e s u i t sa n dd i s c u s s i o n s 4 1 4 3 1r e s u i t s ”4 1 4 3 2t h ee f f e c to fp r o c e s s i n gc o n d i t i o n so nt h ed i m e n s i o n a ls t a b i l i t y “4 3 4 3 3t h ep r o c e s s i n gc o n d i t i o n so p t i m i z a t i o nd e s i g n ”4 5 4 4s u m m e r v 4 7 c h a p t e r 5t h ee f f e c to fc e l lm o r p h o l o g yo nt h ed i m e n s i o n a ls t a b i l i t y a n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s f o rm i c r o c e l l u l a ri n j e c t i o nm o l d i n g m e d i c a lp r o d u c t s 4 9 5 1p r e f a c e 4 9 5 2e x p e r i m e n t 4 9 5 2 1m a t e r i a l s 4 9 5 2 2e x p e r i m e n t a le q u i p m e n t s 一4 9 5 2 3s p e c i m e np r e p a r a t i o n 5 0 5 2 4p e r 】f b 册a n c et e s ta n dc h a r a c t e r i z a t i o n 5 0 5 3c e l lm o r p h o l o g y 5 1 x c o n t e n t s 5 3 1c e l lm o r p h o l o g ya n dc e l ld i s t r i b u t i o n 5 1 5 3 2c e l ld e n s i t ya n dc e l ld i a m e t e r 5 3 5 4m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s 5 6 5 4 1t e n s i l ep r o p e r t i e s 5 6 5 4 2i m p a c tp r o p e r t i e s 5 7 5 4 3t h ee f f e c to fc e l lm o r p h o l o g yo nt h et e n s i l ep r o p e r t i e s 5 7 5 4 4t h ee f f e c to fc e l lm o r p h o l o g yo nt h ei m p a c tp r o p e r t i e s 5 8 5 5s u m m e r y 5 9 c h a p t e r 6c o n c l u s i o na n dp r o s p e c t 6 1 6 1m a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dr e s u l t s 6 1 6 2p r o s p e c t 6 2 r e f e r e n c e s 6 3 a c k n o w l e d g e m e n t 6 7 r e s e a r c ha c h i e v e m e n t sa n dp a p e r s 6 9 b r i e fi n t r o d u c t i o no ft u t o ra n da u t h o r 7 1 第一章绪论 1 1 课题背景及研究意义 第一章绪论 近年来，随着我国疾病人数的不断增大，医疗制品市场也随之高速发展，市场前 景十分良好，2 0 1 1 年我国医疗制品和医疗设备的涨幅更是超过1 0 以上【1 l 。在众多的 医疗制品当中，从常见的输液针头到人体组织工程学心脏支架，传统的玻璃或非金属 医疗制品已逐渐被高分子所取代，高分子医疗制品具有重量轻和结构设计灵活等特 点，可以迅速成型结构复杂的医疗制品，不需要多重的成型工艺，便于对医疗制品的 卫生条件严格控制，保证了医疗制品的使用安全和卫生标准，而且高分子材料来源丰 富、价格低廉，既降低了医疗制品的成本，又提高对医疗制品的回收利用率。此外高 分子材料还广泛应用于各种大型精密医疗器械，如呼吸机、血透析机等，既降低了医 疗器械的生产成本，又减少了医疗器械的重量和体积，提高了医疗器械的实用性和便 捷性【2 】。因此，高分子材料必将广泛地应用于医疗制品领域，并推动我国医疗制品成 型加工行业向不断前发展。 z 二 a b 图1 - 1 塑料医疗制品 a 一医疗器械零件：b 一医疗器械上盖 f i g 1 - 1p l a s t i cm e d i c a lp r o d u c t s a m e d i c a le q u i p m e mp a r t ；b - m e d i c a le q u i p m e n tc o v e r 虽然高分子医疗制品具有很多优势，但是也存在一些缺陷：不论是挤出成型还是 注射成型，高分子材料从固态颗粒到成型制品都经历了复杂的热历程，内部的分子链 发生复杂的结晶变化，制品冷却定型后制品内部含有大量的残余应力，残余应力作用 使制品收缩变形，引起制品的尺寸波动，破坏制品的成型质量，影响了制品的使用性 能。图1 1 所示为塑料医疗制品。其中图a 左下方的槽缝是重要的配合尺寸，设计要 北京化工大学硕士学位论文 求缝槽宽度z = 9 8 m m ，采用顶部二点进胶的方式注塑成型，由于制品的尺寸不稳定性， 缝槽宽度始终不能满足设计要求，最好的情形是z = 7 2 m m ；图b 是医疗器械的上盖， 材料为玻纤增强型尼龙( p a 6 ) ，制品外轮廓具有很高的圆度要求，但即使配合夹具使 用，注塑成型的制品仍不满足圆度需求【3 j 。因此，制品的尺寸稳定性极大地影响制品 的使用特性，特别是对于尺寸精度要求极高的医疗制品，如何有效地控制制品尺寸波 动，提高制品尺寸稳定性，是高分子医疗制品成型加工领域急需解决的重要难题。 注塑成型是高分子材料成型加工的主要方法，特别是像结构复杂、成型质量要求 高的医疗制品，主要是由注塑成型工艺加工而成。高分子原料加入机筒内后，在螺杆 和外加热的共同作用下塑化熔融，注入模具冷却定型成型制品。冷却定型时熔体内分 子链发生结晶，随着温度降低，熔体的粘度逐渐变大，分子链活动减缓停止结晶，制 品内存在很大的温度残余应力和压力残余应力，引起制品的尺寸不稳定1 4 1 。此外，模 具结构对制品尺寸稳定性也有很大影响，制品的壁厚位置冷却速度较慢，导致整体冷 却速度产生局部差异，造成制品尺寸收缩或翘曲【5 1 。通常制品的尺寸不稳定主要表现 为：尺寸精度重复率低、尺寸稳定性差、制品发生收缩或翘曲等。制品尺寸的不稳定 是由于制品内应力引起，而内应力主要源于成型加工时螺杆对熔体的剪切和压缩作 用，所以成型工艺条件对制品的尺寸稳定性有重要影响。而传统的注塑成型设备控制 精度低，无法有效地控制制品内残余应力，提高制品的尺寸稳定性。因此，改善传统 的注塑设备，研究新的注塑成型工艺是解决高分子医疗制品尺寸稳定性的主要任务。 ab c 图1 2 气体辅助注塑成型和水辅注塑成型原理图 a - 注入熔体；b 注入辅助介质；c 开模取出制品 f i g 1 - 2t h es c h e m a t i co f g a s a s s i s ti n j e c t i o nm o l d i n ga n dw a t e r - a s s i s ti n j e c t i o nm o l d i n g a - i n j e x i tp o l y m e rm e l t ；b h j e c ta s s i s t e dm e d i u m ；c r e m o v et h ep r o d u c t 经过数十年的发展，结合新材料和新技术的开发，注塑成型设备及工艺也不断创 新，目前可以有效地提高制品尺寸稳定性的注塑成型工艺主要有：气体辅助注塑成型、 2 第一章绪论 水辅助注塑成型和微发泡注塑成型工艺。气体辅助注塑成型和水辅注塑成型都是采用 辅助介质完成制品成型加工，只是两者的辅助介质不同，它们的成型原理如图1 2 所 示。聚合物熔体注入型腔后，在熔体的内部注入辅助介质，在压力作用下使熔体充满 型腔，充填结束后继续保持压力，防止制品冷却时产生体积收缩，制品冷却定型后排 出制品芯部的辅助介质，开模获得空心制品7 1 。因此传统的注塑成型工艺相比，气体 辅助注塑成型和水辅助注塑成型可以改善制品冷却时产生的体积收缩，消除制品表面 缩痕和内部残余应力，提高制品的尺寸稳定性【8 。9 i 。但这两种成型工艺也有局限性，工 艺参数之间的交互作用十分复杂，熔体内部通道必须保持相连贯通，当开模取出制品 时，如果气体或水不能及时排出，会导致制品局部隆起，影响制品的成型质量。此外 气体辅助注塑成型和水辅助注塑成型不适用于加工空心、簿壁和具有特殊结构的制品 1 0 - 1 1 1 o 微发泡注塑成型是一种新型精密注塑成型技术，通过将超临界流体技术与传统注 塑成型工艺有机结合，突破了注塑成型的许多局限。超临界流体具有许多独特的性质， 特别是对温度和压力十分敏感，将超临界n 2 或c 0 2 注入到机筒内，通过螺杆的混合 作用，超临界流体被均匀分散到聚合物熔体内，形成聚合物超临界气体均相体系。均 相体系注入模具型腔后，由于温度和压力的巨大变化，从而使体系中的气体产生极大 的热力学不稳定性，从熔体中析出形成大量的微小泡孔，形成独特的泡孔结构，最后 模具冷却使微孔固化定型【1 2 】。制品内部形成的大量纳米级微小泡孔，可显著减轻制品 的重量和降低成本，减少制品内残余应力，使制品具有更好的尺寸稳定性。制品内部 的微小泡孔不仅不会降低材料强度，反而会使原有裂纹尖峰钝化，阻止应力沿裂纹继 续扩张，使吸收冲击能力增强5 7 倍。此外由于微发泡成型不需要保压，注塑循环周 期可减少5 0 ，极大地提高生产效率【1 3 - 1 4 】。所以，微发泡注射成型工艺非常适合加工 医疗制品，是一种绿色的精密注塑成型技术。 为了进一步提高医疗微发泡制品的尺寸稳定性，控制制品的尺寸精度和成型质 量，本文创新性地提出了一种微发泡注塑成型塑化系统，该系统可以迅速地将超临界 气体分散混合，形成稳定的聚合物超临界气体均相体系，提高了对微发泡制品尺寸稳 定性的控制；并采用c a e 数值模拟和实验相结合的方法，研究了成型工艺条件对医 疗微发泡制品尺寸稳定性的影响，提出了优化的工艺参数组合，实现对医疗微发泡制 品的尺寸有效控制，对微发泡注塑成型技术在医疗制品成型加工领域的推广普及有重 大意义。 1 2 国内外研究现状 针对微发泡注塑成型设备和制品的成型质量，国内外学者展开了一系列研究。 3 北京化工大学硕士学位论文 m a n i n i 【1 5 】等人在微孔塑料挤出技术的基础上提出了微孔塑料注塑技术，将含有发泡剂 的塑料熔体由注塑机注入模腔，模腔内的压力由液压系统控制产生合适的压降速率， 诱使发泡剂成核发泡。c h u lb p a r k 1 6 】提出了双阶微发泡注塑技术，塑化系统采用传统 的螺杆结构，提高了塑化效率，注塑系统采用柱塞结构，提高了均相体系的稳定性和 控制精度。t r e x e l 公司【1 7 】提出了m u c e l l 技术，在普通注塑机的基础上改进了液压系 统、控制系统和螺杆结构，再加上超临界流体的发生控制装置，实现了精密微发泡注 射成型。德国亚琛工业大学【1 8 】研发了一种特殊的微发泡喷嘴，超临界流体从喷嘴内部 的多孔金属块注入，聚合物熔体混合分散形成均相体系，然后注入模具成型微发泡制 品。d e m a ge r g o t e c h 公司【1 9 】也开发了一种类似的附加装置e r g o c e l l ，这个附加装置安 装在喷嘴前端，内部装有高效的静态混合器，实现超临界流体混合分散。l s t u m g 等1 2 0 】根据双色共注塑成型原理，提出了实心微孔材料共注塑设备。 华南理工大学的周南桥教授【2 1 】提出了振动力场下的微发泡注塑成型技术，研究发 现，通过合理的控制振动频率和振幅等工艺参数，可以有效地提高泡孔的成核率，减 小泡孔直径，获得良好的微发泡制品。陈再刚2 2 j 研究得出，超临界流体的进气口位置 十分重要，进气口应设置在沿程压力损失较低处，进气口处熔体温度对超临界流体的 混合分散也有重要影响。彭玉成【2 3 】研究了超临界c 0 2 在聚合物熔体中形态变化过程， 结果表明超临界流体浓度和螺杆转速是影响高聚物气体均相体系形成的关键因素，并 影响着泡孔的微观形态。 在成型规律方面，j u n g i o ol e e 等【2 4 】提出一种新型理论公式，通过控制泡孔的成 核速率，实现对制品微观结构、力学性能和尺寸稳定性的有效控制。s h i a c h u n gc h