（材料加工工程专业论文）振动场作用下聚合物材料的注射成型及其结构与性能研究.pdf

四川大学硕士学位论文、 6 54 2 9 6 振动场作用下，聚合物材料的注射成型 及其结构与性能研究 材料加工工程专业 研究生：那顺指导教师：严正 本文采用课题组自行研制的低频压力振动装置注射成型h d p e 、f 妯p 和 a b s 试样，对其力学性能进行详细研究，并结合s e m 、w a x d 等测试方法， 讨论振动参数对聚合物材料微观形态和力学性能的影响。通过实验，得出以下 结论： 1 在合适的振动频率或振动压力下，可以实现聚合物材料力学性能的明显 改善。与常规注射成型试样相比，h d p e2 2 0 0 j 、h d p e6 0 9 8 、f r p p 、a b s 材 料平行于流动方向的拉伸强度可分别提高2 2 5 、1 8 1 、i 0 2 、2 3 o ，垂 直于流动方向的拉伸强度可分别提高2 8 2 、2 2 6 、1 1 9 、2 9 7 。f r p p 、 a b s 材料平行于流动方向的冲击强度可分别提高7 8 o 、6 0 o ，垂直于流动 方向的冲击强度可分别提高7 9 1 、5 6 1 。 2 s e m 研究结果表明，较高振动强度下注塑成型的h d p e 试样，其微观形 貌由完整的球晶结构转变为垂直于振动方向排列的片晶结构。转变后的晶体在 受到拉伸应力作用时，应力分散更为均匀，对材料拉伸强度的提高有益。 3 s e m 分析结果显示，低频压力振动场能影响f 对) p 材料的玻纤长度和玻 纤取向。w a x d 分析结果表明，通过控制振动注塑条件，可获得卢一p p 和y 一即 晶体，同时，振动条件还能影响f r p p 的晶体取向。 关键词：振动注射力学性能微观形态 四j i | 大学硕士学位论文 s t u d y o n m o r p h o l o g y a n d p r o p e r t i e so fp o l y m e r u n d e r v i b r a t i o nf i e l d m a t e r i a lp r o c e s s i n ge n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ：n a s h u n s u p e r v i s o r ：p r o f y a hz h e n g i nt h i st h e s i s t h es 廿i l c n l r ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t yo fp o l y m e rs p e c i m e nw e r e s t u d i e dw i t has e l f - m a d el o w f r e q u e n c yv i b r a t i o ni n j e c t i o nd e v i c e i nt h ew o r k ， s e ma n dw a x dw e r eu s e dt oo b s e r v ea n da n a l y z et h e s p e c i m e n w i t ht h e s e m e t h o d s t h ee f f e c to fv i b r a t i o np a r a m e t e r so nt h em i c r o s 虹u c n l r ea n dp r o p e r t yo f p o l y m e rs p e c i m e nw a sd i s c u s s e d b a s e d o nt h er e s u l t s ，s o m ec o n c l u s i o n sw e r e g i v e n a sf o l l o w i n g ： 1 t h es p e c i m e n sm e c h a n i c a lp e r f o r m a n c ec o u l db ee n h a n c e ds i g n i f i c a n t l y u n d e rt h e a p p r o p r i a t e c o n d i t i o na sv i b r a t i o n f r e q u e n c y o rv i b r a t i o n p r e s s u r e c o m p a r e d t ot h en o r m a l i n j e c t i o ns p e c i m e n ，t h em a x i m u m i n c r e m e n to f l o n g i t u d i n a l t e n s i l es t r e n g t ho f h d p e2 2 0 0 ，h d p e6 0 9 8 ，f r p pa n da b sr e a c h e d2 2 5 ，1 8 1 ， i 0 2 a n d2 3 o r e s p e c t i v e i y ，a n d t r a n s v e r s e t e n s i l es t r e n g t h 2 8 2 ，2 2 6 ，1 1 9 ， 2 9 7 r e s p e c t i v e l y t h em a x i m u mi n c r e m e n to fl o n g i t u d i n a li m p a c ts t r e n g t ho f f r p pa n da b sr e a c h e d7 8 0 6 0 0 r e s p e c t i v e l y , a n dt r a n s v e r s ei m p a c ts t r e n g t h 7 9 1 ，5 6 1 r e s p e c t i v e l y 2 s e mi n v e s t i g a t i o ni n d i c a t e dt h a tl a m e u a es t r u c t u r ea r r a n g i n gn o r m a lt ot h e l o n g i m d i n a ld i r e c t i o nc o u l d b ef o u n du n d e rt h ec o n d i t i o no f r e l a t i v e l yh i g hv i b r a t i o n p r e s s u r e c o m p a r e dt o t h es p h e r u l i t es t m c n l r ec o r r e s p o n d i n gt ot h ec o n d i t i o no f n o r m a li n j e c t i o n t h ef o r m e rc r y s t a ls t r u c t u r ec a nd i s t r i b u t et h et e n s i l es t r e s sm o r e e v e n ，w h i c h c a l li m p r o v et h et e n s i l es t r e n g t ho f p o l y m e r m a t e r i a l 3 s e md a t as h c l w e d 也a tl o w - f r e q u e n c yv i b r a t i o nb e h a v i o rh a de f f e c to n 廿1 e 四川太学硕士学位论立 f i b e rl e n g t ha n df i b e rd i s t r i b u t i o no ff r pp w a x di n v e s t i g a t i o ni n d i c a t e dt h a tt h e c h a n g eo fc r y s t a ls l g t l c t l l r c o ff r _ p pf o r m 口f o r mt o 卢f o r ma n dyf o r mw a s a c h i e v e dv i am e l tv i b r a t i o n ，a n dv i b r a t i o np a r a m e t e rc o u l d a f f e c tt h e c r y s t a l o r i e n t a t i o no f f r p p k e y w o r d s ：v i b r a t i o ni n j e c t i o n m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s m o r p h o l o g y 四川大学硕士学位论文 第一章前言 1 1 概述 聚合物的长链大分子由极强的c _ c 共价键构成，同时分子链的横截面极 小，如果能极大限度地提高其取向度和结晶度，则从理论上计算出充分伸展的 h d p e 伸直链晶体的极限拉伸强度和模量分别高达2 7 g p a 和3 0 0 g p a ，与钢和碳 纤维相近i l 】。因此，在分子结构确定的情况下，如何通过适当的成型加工方法， 使聚合物分子处于最佳排列状态，即获得所需要的晶态、相分布和分子取向等， 从而大幅度提高材料的力学性能一直是高分子材料科学工作者追求的目标。 c d h a r t 将聚合物的形态、性能、加工方法三者的关系用图1 1 表示。 可见，聚合物材料制品的性能取决于制品的微观形态，而形态又取决于制各方 法和条件。因此，在特定的外场作用下通过改变加工条件，就可改变聚合物的 形态结构，从而提高其性能。 图1 - 1 聚合物的形态、性能和加工的关系图 聚合物加工中的自增强技术就是利用特殊的成型方法( 物理方法) 控告4 聚 合物形态，在材料内部构造刚性结构或伸直链晶体结构来作为材料自身的增强 相，从而大幅度提高其力学性能，达到增强的效果。自增强与添加剂增强( 又 称外增强) 的效果相同，但与后者相比，由于增强材料的增强相和基相为同 化学结构，两者完全相容，不存在外增强的界面问题，从而赋予了自增强材料 更加优异的比刚度、比强度、尺寸稳定性、更好的冲击韧性、耐化学腐蚀性以 及更低的热膨胀系数等，而且易于回收再利用，符合当前全球环境可持续发展 四川大学硕士学位论文 的潮流旧】。 聚合物成型加工中的振动技术也属于聚合物材料的自增强方式。通过控制 振动频率、振动强度等参数及成型工艺条件，可以改变聚合物熔体的流变行为 和凝聚态结构，从而提高制品的性能。聚合物成型加工中的振动技术包括振动 注射、振动挤出、挤出吹塑、压缩模塑、热成型和振动共混等。 1 2 振动技术在聚合物加工中的应用 1 2 1 振动注射成型 注射成型是一种应用十分广泛且比较成熟的聚合物加工方法。但是，常规 的注射成型方法不能控制制品的凝聚态结构而获得高质量的制品。如将振动技 术与常规注射成型方法结合( 振动注射) ，即在特定的部位使用振动装置对聚合 物粒料或其熔体施加振动，则可通过控制聚合物的结晶与取向，提高制品的性 能【3 1 。 研究振动技术对塑料制品性能的改善已有4 0 多年的历史，其中应用于挤 出成型过程的研究较多 4 5 1 。8 0 年代初期，英国b r u n e l 大学材料系的b e v i sm 教授和a l l a np 博士开始研究在注射成型过程中的保压阶段引入振动技术，有 效防止了制件中缩孔、疏松与表面沉陷的形成，并可控制残余应力的大小和方 向，在实验中制造出了厚达1 1 0 m m 的2 0 玻璃纤维增强p e e k 无缺陷制件吼 至今塑料动态注射成型技术在国内外已经取得了很大的发展。在注射成型中， 引入振动的方式有螺杆加振注射成型、辅助装黄加振注射成型、模具加振注射 成型、推拉注射成型等。 1 2 1 1 螺杆加振注射成型 螺杆加振注射成型简单地说就是在保压阶段使注射油缸的油压产生脉动， 通过螺杆将振动直接传到注射成型的聚合物熔体。其装置如图1 2 所示，工艺 过程如下： ( 1 ) 螺杆以转速c o 在料筒里转动，但无轴向移动，熔体被挤进模腔； ( 2 ) 模腔被逐渐充满，螺杆继续旋转并在熔体的反作用下轴向后退，在油缸 中产生背压； 2 四川大学硕士学位论文 ( 3 ) 螺杆后退到一定距离后停止转动，油缸中引入振动压力p 施加到螺杆 上，对模腔熔体进行振动保压： ( 4 ) 保压结束后，螺杆开始转动，塑化的物料充满螺杆前端的料筒空间，制 品冷却后顶出，准备第二次注射。如此循环往复。 c 一 柚p 1 一模腔；2 一摸具；3 熔体；4 一料筒；5 一螺杆；6 一料斗；7 一振动油缸 图1 之螺杆加振装置示意图m 采用此螺杆加振装置注射成型的试样，不但有效防止了缩孔、疏松等缺陷， 而且尺寸精度大大提高。每批试样重量变化 o 0 3 ，横向尺寸变化 从静态的3 70 m p a 提高 到4 01 m p a ，提高值为8 3 8 ( 见图3 - 8t = = 2 1 0 。c ) 。 4 2 受1 0 三 意：谶 ；。j 6 “ 羔： ：j 2 卜 。m f j 图3 - 5 51 01 52 02 50 0弘 h 1 ( h z ) 一t = 2 j 0 一一t2 5 0 振动频率对拉伸强度( ) 的影晌 四川i 大学硕士学位论文 4 0 3 8 3 6 0 图3 - 6 1 02 03 04 0 p ( m p a ) 一t = 2 1 0 c - - - , z y - - t = z 5 0 振动压力对拉伸强度( ) 的影响 4 2 耋4 0 毛3 8 3 6 当3 4 l3 2 _ 3 0 f ( 肝a ) - t = 2 1 0 矗_ t = 2 5 0 图3 7 振动频率对拉伸强度( j _ ) 的影响 0 t o 2 03 04 0 p ( 肝a ) 一t = 2 1 0 c 卜- t = 2 3 0 1 卜t = 2 5 0 图3 - 8 振动压力对拉律强度( 上) 的影晌 凹大学硕士学位论文 改变变频数时，拉伸强度( ) 从静态的3 7 4 m p a 提高到4 1 2 m p a ，提高 值达1 0 2 ( 见图3 - 5t = 2 5 0 9 c ) ；拉伸强度( j - ) 从静态的3 7 0 m p a 提高到 4 1 4 m p a ，提高值为1 1 9 ( 见图3 7t = 2 1 0 。c ) 。 3 3 2 3 冲击强度测试结果 表3 - 1 和表3 - 3 中，a p = 3 5 m p a ；表3 - 2 和表3 - 4 中，f n = 1 0 h z 。 表3 - 1 振动频率对冲击强度( ) 的影响( k j m 2 ) 。f h z ) 0 51 01 52 02 53 03 5 t ( 2 1 05 1 46 2 26 0 26 1 49 1 57 2 5 6 9 94 6 5 2 3 06 ，5 2 5 1 1 4 6 6 6 0 44 5 55 7 8 7 86 8 2 5 05 9 38 9 64 8 55 2 26 0 26 2 66 6 27 1 4 表3 - 2 振动压力对冲击强度( ) 的影响( k i m 2 ) l 泌( a ) o1 02 03 04 0 t ( ) 2 1 0 5 1 49 1 3 7 8 2 6 5 97 6 2 2 3 06 5 25 9 77 2 l7 1 6 2 5 05 9 35 6 45 1 25 7 34 3 9 表3 - 3 振动频率对冲击强度( 上) 的影响( k j m 2 ) 即( h z ) o 5 1 01 52 02 5 3 03 5 刀劲 2 1 0 6 0 3 6 9 46 4 66 9 87 t 3 01 0 86 0 16 o o 2 3 05 5 14 6 65 ，6 64 8 65 5 25 8 96 4 45 9 8 2 5 05 6 56 6 0 6 4 55 3 27 7 85 4 l7 5 465 3 3 9 四川大学硕士学位论文 表3 - 4 振动压力对冲击强度( 上) 的影响( k d m 2 ) 、p ( m p a ) o1 02 03 04 0 t ( ) 2 1 06 0 37 6 37 27 0 95 5 1 2 3 05 5 l6 7 4 7 2 1 9 1 9 2 5 05 6 56 3 76 2 l4 97 4 5 冲击强度( ) 为平行于流动方向的冲击强度，样条示意图见图2 3 左图； 冲击强度( 上) 为垂直于流动方向的冲击强度，样条示意图见图2 3 右图。 振动压力改变时，冲击强度( ) 从静态的5 1 4 k , j m 2 提高到9 1 3 k 伽2 ， 提高值达7 7 6 ，( 见表3 2t = 2 1 0 ) ；冲击强度( 上) 从静态的5 5 l = ， n 2 提高到9 1 9 脚，m 2 ，提高值为6 6 8 ( 见表3 - 4 t = 2 3 0 ) 。 改变变频数时，冲击强度( ) 从静态的5 ，1 4 k 1 m 2 提商到9 1 5k j m 2 ， 提高值达7 8 o ( 见表3 1t = 2 1 0 c ) ；冲击强度( j _ ) 从静态的6 0 3 k m 2 提 高到1 0 ，8 j 2 ，提高值为7 9 1 ( 见表3 - 3t = 2 l o ) 。 从以上数据可看出：施加振动作用后，f r p p 材料的冲击强度和拉伸强度都 获得改善，但冲击强度的提高更为明显。 3 3 2 4s e m 测试结果 ( a ) 芯层( b ) 表层 图3 - 9f r p p 未振动试样的s e m 图ft = 2 3 0 c ) 型型查堂堡圭兰垡堡苎 ( a ) 芯屡 表层 图3 1 0f r p p 的s e m 圈( t = 2 3 0 c 、f n = 3 0 h z 、a p = 3 5 m p a ) ( 馥) 蕊鼹( b ) 竣鼷 强3 1 1f r p p 酾s e m 霉( t = 2 3 0 x 2 、f n = 1 0 h z 、p = 4 0 m p a ) 熔倭究模辩，袭簇鲶玻璃纡缝受到鹃蘩甥律攥绶强，獒辫流渤方两鹣淑淘 媳簸鹎显，懋鼹3 - 9 伯) - - 3 。1 1 ( b ) ，长绫影代袭缛雅沿流渤穷离袋岗，辍蕊 羹 l 代袭簿缳淤z 辘( 薅爨3 。1 2 ，帮襻祭浮艘方离) 敬淘，樾濑影翡感装秘野终 程y z 平甏取两，键与y 、z 辘酃不警孬，缀绫形筻可熬楚潜滚淤方浇淑两魏 矮黪缀，迄可笺蹙龋霄蛮魏黝在y z 警蕊斑戡囱麴长纤缨。豳予袋鼷谶撵冷龆 较快，蘸强渤对玻野取两韵影滴不大，只魑鬻3 一i l 中溢z 城取内鞠滚纤翳避穗 多，褥z 辘激淘鼹簸绥辩髓安验的力学拣越( 拉撺强痰翘冲漤强度) 堙秃黪濑。 4 1 四川大学硕士学位论文 当振动频率和振动压力均达到较大值时，注塑试样芯层的长玻纤大部沿流 动方向取向( 图3 1 0 ) 。对该样条( ) 进行冲击实验时，更多的玻纤产生破 坏，消耗更多的冲击能，对材料冲击强度的 提高有益。图3 1 0 所对应的冲击性能( 表 3 1 ，t = 2 3 0 ) 为8 7 8 k j 2 ，与未振动样 条6 5 2 丘，m 2 相比，增幅为3 4 7 。图3 1 1 为振动压力进一步增大后，注塑试样的s e m 图。与未振动试样相比，玻纤长度减小，芯 层的玻纤仍呈无规取向。 y 滚动方向 图3 1 2 方位图 3 3 2 5w a x d 测试结果 全同立构聚丙烯是一种具有复杂的多晶型结构的聚合物。聚丙烯在不同结 晶条件下可生成口、卢、，和万等晶型。口晶型是最常见、最稳定的一种，它 存在于一切工业制品，属单斜晶系。晶型属六方晶系，加入晶型成核剂或 在温度梯度场中结晶可生成晶型。y 晶型属三斜晶系，仅在一些特殊条件下 才能得到，如在高压下从熔融态结晶；低分子量聚丙烯通过溶剂蒸发或从熔融 圈3 一1 3 f r p p 的w a x d 图( t = 2 1 0 c 、f n = 3 5 h z 、z 土p = 3 5 m p a ) 一 旦型查堂堡主堂垡竺塞 表3 5 振动注射成型f r p p 的晶体参数( t = 2 1 0 c 、f n = 3 5 h z 、a p = 3 5 m p a ) a n g l e ( 2 t h e t a ) 】4 2 5 1 6 8 21 7 0 01 8 5 7】8 7 72 1 18 2 1 8 6 d - s p a c i n g 62 1 0 2 5 2 6 7 85 2 1 0 i4 7 7 4 5 4 7 2 3 04 1 9 1 4 4 0 6 1 6 p e a kh e i g h t ( c o u n t s s ) 1 0 0 0 31 9 5 4 21 9 4 1 5 7 0 2 66 6 2 66 4 0 5 8 5 5 3 图3 1 4f r p p 的w a x d 图( t = 2 3 0 。c 、f n = 1 0 h z 、z 土p = 3 0 m p a ) 表3 - 6 振动注射成型f r p p 的晶体参数( t = 2 3 0 。c 、f n = 1 0 h z 、p = 3 0 m p a ) a n g l e ( 2 t h e t a ) 1 4 0 31 6 0 71 6 8 61 8 5 62 0 9 42 1 6 12 1 8 7 d - s p a c i n g 6 3 0 5 45 5 1 2 25 2 5 5 64 7 7 7 84 2 3 8 44 1 0 8 44 0 6 1 3 p e a kh e i g h t ( c o u n t s s )2 4 5 0 77 9 7 72 6 5 4 21 4 5 3 71 3 1 1 82 0 8 1 51 8 6 8 0 态结晶等。占晶型只有在高度透明( 无定型部分含量极高) 的制品中见报道。 常规注射成型p p 为窿晶结构，在2 目为1 4 1 6 6 ( 1 l o 晶面) 、1 7 0 8 。( 0 4 0 晶面) 、1 8 6 0 。( 1 3 0 晶面) 、2 1 2 0 。( 1 1 1 晶面) 和2 1 9 4 。( 1 3 0 和0 4 0 品面) 处有五个衍射峰【9 l 。图3 1 3 为高频振动注射成型f r p p 的w a n d 图，具有口晶 的五个衍射峰，且在1 8 7 7 。和2 1 1 8 。之间，有一微弱的峰形结构，根据，一p p 晶型中存在着2 秽= 2 0 1 。的强( 1 3 0 ) 、( 1 4 0 ) 晶面反射【9 j ，可知高频振动注射 成型f r p p 中生成少量的y 晶， 而在高压振动注射成型f i 冲p 中，则生成口晶型为主，并含有少量品型 四川大学硕上学位论文 的晶体结构( 见图3 - t 4 ) 。声晶的k 值可通过下式进行计算m 1 世： 生 i “+ i 2 + i r 3 + i b 其中，1 。晶在3 0 0 晶面的衍射强度； 厶l d 晶在1 1 0 晶面的衍射强度； l ：口晶在0 4 0 晶面的衍射强度； l ，口晶在1 3 0 晶面的衍射强度。 计算可得k = 0 ，11 ，有研究i l0 使用k 值作为衡量秽晶相对含量的一个指标。 痧一尸尸的生成能提高材料的冲击性能 i o , l t 。对比以上两图，可看出衍射峰的强 度有明显变化，故振动条件能影响f r p p 的晶体取向。 3 3 2 6 小结 通过对低频压力振动场作用下，注射成型f r p p 的结构与性能的研究，可 得出以下结论： 1 振动对f r p p 的力学性能有显著影响，其注射成型试样的拉伸强度和冲 击强度( 包括平行于流动方向和垂直于流动方向) 随振动频率和振动强度的改 变都有不同程度的提高。 振动频率改变时，f r p p 材料与常规注射成型试样相比，平行于流动方向 的拉伸强度可提高1 0 2 ，垂直于流动方向的拉伸强度可提高1 1 9 ；平行于 流动方向的冲击强度可提高7 8 o ，垂直于流动方向的冲击强度可提高7 9 1 。 振动压力改变时，f r p p 材料与常规注射成型试样相比，平行于流动方向 的拉伸强度可提高9 8 9 ，垂直于流动方向的拉伸强度可提高8 3 8 ：平行于 流动方向的冲击强度可提高7 7 6 ，垂直于流动方向的冲击强度可提高6 6 8 。 2 ，s e m 研究结果表明，低频压力振动场对玻纤长度和玻纤取向有一定影响。 当振动频率和振动压力均达到较大值时，注塑试样芯层的长玻纤大部沿流动方 向取向，这对提高平行于流动方向的冲击强度有益；在进步增大的振动压力 作用下，玻纤长度减小。推而广之，低频压力振动场能对填充聚合物体系的填 料分布产生影响，进而影响填充聚合物材料的力学性能。 四川大学硕士学位论文 3 w a x d 分析结果表明，通过控制振动注塑条件，可获得一p p 和y p p 晶体，同时，振动条件还能影响f r p p 的晶体取向。 四川大学硕士学位论文 第四章振动注射成型a b $ 的力学性能研究 a b s 树脂是由丙烯腈( a ) 、丁二烯( b ) 和苯乙烯( s ) 三种单体共聚而成的热塑 性聚合物，它是介于通用塑料和工程塑料之间的一种高分子材料。a b s 树脂兼 具有p b 橡胶的韧性和低温抗冲击性，聚丙烯腈( p a n ) 树脂的耐热和化学稳定性 及聚苯乙烯( p s ) 极脂的刚性和光泽性，因而具有耐冲击、耐热、耐低温、耐化 学品、易加工成型和表面光泽性好等优异的综合性能，广泛用于汽车工业、电 子、电器、纺织、器具和建材等领域【1 1 。 a b s 可用共混和共聚两种方法生产，共聚所得的a b s 通常被认为是丙烯 腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，但实际上a b s 是类复杂的聚合物共混物 体系，它由接枝共聚物( 以聚丁二烯为主链，苯乙烯、丙烯腈共聚物为支链) 、 苯乙烯与丙烯腈的无轨共聚物( a s 树脂) 以及未止接枝的游离聚丁二烯三种 主要成分构成 2 1 。 在振动注塑条件下，由于从充模到冷却的过程中熔体的受力历史与常规注 塑成型不同，故a b s 共混物体系的相形态和相界面将发生改变。有研究表明： a b s 材料的微观相形态、分布及界面结合情况对其性能尤其是冲击性能有着重 要影响引。由上所述，振动注塑成型能改变a b s 材料的力学性能，本章主要研 究振动条件与a b s 材料力学性能的关系。 4 1 实验部分 实验原料：a b s ，宁波乐金甬兴化工有限公司生产。 实验方法：熔体温度为1 9 0 2 l o 2 3 0 ，其余见第二章。 性能测试：拉伸性能( 见第二章) 单边缺口冲击性能( 见第三章) 4 2 实验结果和讨论 4 2 1 拉伸强度测试结果 拉伸强度测试结果见下表所示，表中标记与第三章相同。 四川大学碗士学位论文 表4 - 1 振动频率对拉伸强度( ) 的影响( m p a ) 、n ( h z ) o51 01 52 02 53 03 5 t ( ) 1 9 03 6 63 0 - 32 2 13 8 52 6 93 733 6 74 5 0 2 1 03 8 ，63 6 33 4 53 , 1 - 53 5 23 4 64 2 04 28 2 3 03 6 1+ 2 6 32 5 83 4 02 8 72 664 0 03 1 6 表4 - 2 振动压力对拉伸强度( ) 的影响( m p a ) 、吣p ( a ) 01 02 03 04 05 0 t ( c ) 1 9 03 6 63 6 93 5 84 0 74 2 93 0 0 2 1 03 8 63 5 43 4 03 7 33 8 64 1 6 2 3 03 6 13 3 93 0 24 3 84 0 83 3 9 表4 - 3 振动频率对拉伸强度( 上) 的影响( m p a ) n ( h z ) 051 01 52 0 2 53 03 5 玎巧 1 9 03 2 ，53 3 62 3 62 6 62 7 53 8 22 3 73 8 | 3 2 1 03 0 62 2 63 3 62 9 43 4 82 7 23 9 72 0 7 2 3 02 6 62 0 61 7 ，21 7 62 】71 4 93 1 7 2 0 5 表4 - 4 振动压力对拉伸强度( 上) 的影响( m p a ) 、p o 皿a ) o1 02 03 04 05 0 t ( ) 1 9 03 2 52 9 92 5 s3 2 6 3 6 42 4 o 2 1 03 0 63 4 63 1 02 5 43 4 73 2 5 2 3 02 6 62 5 83 2 32 0 _ 3 2 4 4 2 7 ，9 改变变频数时，拉伸强度( ) 值达2 3 ，0 ( 见表4 1t = 1 9 0 。c ) ； 从静态的3 6 6 m p a 提高到4 5 0 m p a ，提高 拉伸强度( 上) 从静态的3 0 6 m p a 提高到 4 7 一一一堕盟奎兰堕主兰堡笙苎 3 9 7 m p a ，提高值为2 9 7 ( 见表4 - 3t = 2 1 0 。c ) 。 振动压力改变时，拉伸强度( ) 从静态的3 6 i m p a 提高到4 3 8 m p a ，提 高值达2 1 3 ，( 见表4 2 t = 2 3 0 。| c ) ；拉伸强度( 上) 从静态的2 6 6 m p a 提高 到3 2 3 m p a ，提高值为2 1 4 ( 见表4 4t = 2 3 0 c ) 。 4 2 2 单边缺口冲击强度测试结果 改变变频数时，冲击强度( ) 从静态的1 1 8 k j m 2 提高到1 4 5 k 2 m ：， 提高值达2 2 9 ( 见图4 1 t = 1 9 0 c ) 。冲击强度( 上) 从静态的5 5 4 k j m 2 提 高到8 6 5 k j m 2 ，提高值为5 6 1 ( 见图4 - 3t = 1 9 0 。c ) 。 05 1 01 52 0 2 53 03 5 岛( h 幻 卜t = 1 9 0 卜t = 2 1 0 图4 一l 振动频率对冲击强度( ) 的影响 01 0 2 0 3 04 0 5 0 p ( m p a ) 一卜1 9 0 c + t = 2 1 0 c t r t = 2 3 0 图4 - 2 振动压力对冲击强度( ) 的影晌 一h，黾习g自g墨eh 一、点豆)萄口p鲁芑日du|1 四川大学硕士学位论文 乍8 童 毛7 昼 目6 茗 置5 051 01 5 2 02 53 03 5 f n ( 1 4 z ) - t 1 1 9 0 t = 2 1 0 扣t = 2 3 0 图4 - 3振动频率对冲击强度( 上) 的影响 p ( h 口a ) _ t - 1 9 0 + t = 2 1 0 图4 _ 4 振动压力对冲击强度( 上) 的影响 振动压力改变时，冲击强度( ) 从静态的9 0 6 k d m 2 提高到1 4 5 k d m 2 ， 提高值达6 0 0 ( 见图4 2t 一2 1 0 c ) ；冲击强度( j - ) 从静态的5 5 4 k j m 2 提 高到7 3 6 k j m 2 ，提高值为3 2 9 ( 见图4 4t = 1 9 0 ) 。 图中还可看出：振动压力p 达到最大值时，所测温度下的冲击强度( ) 都同时达到最大值；改变变频数时，所测温度下的冲击强度( ) 的变化趋势 相似。 4 - 2 3 小结 通过对低频压力振动场作用下，注射成型a b s 的力学性能研究，可得出以 四川大学硕士学位论文 f 结论： 低频压力振动场对a b s 的力学性能有显著影响，其注射成型试样的拉伸强 度和冲击强度( 包括平行于流动方向和垂直于流动方向) 随振动频率和振动强 度的改变都有不同程度的提高。 振动频率改变时，a b s 材料与常规注射成型试样相比，平行于流动方向的 拉伸强度可提高2 3 o ，垂直于流动方向的拉伸强度可提高2 9 7 ；平行于流 动方向的冲击强度可提高2 2 9 ，垂直于流动方向的冲击强度可提高5 6 1 。 振动压力改变时，a b s 材料与常规注射成型试样相比，平行于流动方向的 拉伸强度可提高2 1 3 ，垂直于流动方向的拉伸强度可提高2 1 4 ；平行于流 动方向的冲击强度可提高6 0 o ，垂直于流动方向的冲击强度可提高3 2 9 。 低频压力振动场对平行于流动方向的冲击强度的影响呈现出一明显规律 性：振动压力p 达到最大值时，所测温度下的冲击强度都同时达到最大值； 改变变频数时，所测温度下的冲击强度的变化趋势相似。 推而广之，低频压力振动场能提高多相聚合物体系的力学性能，其原因为 振动注塑改变了聚合物体系的相形貌。 四川大学硕士学位论文 第五章总结论 本论文采用压力振动装置注射成型聚合物试样，详细研究了振动参数对材 料力学性能的影响，并应用现代分析测试方法对注塑试样的微观结构进行表征， 以分析加工一结构一性能的关系。通过实验，得出以下主要结论： 1 振动注塑能明显改善聚合物材料的力学性能，通过控制振动频率和振动 压力，与常规注射成型试样相比，h d p e2 2 0 0 j 、h d p e6 0 9 8 、f r p p 、a b s 材 料平行于流动方向的拉伸强度可分别提高2 2 5 、1 8 1 、1 0 2 、2 3 o ，垂 直于流动方向的拉伸强度可分别提高2 8 2 、2 2 6 、1 1 9 、2 9 7 。f r p p 、 a b s 材料平行于流动方向的冲击强度可分别提高7 8 o 、6 0 o ，垂直于流动 方向的冲击强度可分别提高7 9 1 、5 6 1 。 2 ，s e m 研究结果表明，较高振动强度下注塑成型的h d p e 试样，其微观形 貌由完整的球晶结构转变为垂直于振动方向排列的片晶结构。基于s e m 结果， 推测在振动场作用下，h d p e 材料的微观结构转变过程为：完整的球晶结构 ( 常规注射成型得到) 一稳定生长过程被打乱、细化了的球晶，此时看不到 明显的球晶轮廓结构( 较弱的振动强度下注射成型得到) 一垂直于流动方向 排列的晶片结构( 较强的振动强度下注射成型得到) 一垂直于流动方向取向 的晶片结构( 强振动强度下注射成型得到) 。 3 s e m 分析结果显示，低频压力振动场对f r p p 材料的玻纤长度和玻纤取 向有一定影响。当振动频率和振动压力均达到较大值时，注塑试样芯层的长玻 纤大部分沿流动方向取向；进一步增大的振动压力，玻纤长度减小。推而广之， 低频压力振动场能对填充聚合物体系的填料分布产生影响，进而影响填充聚合 物材料的力学性能。w a x d 分析结果表明，通过控制振动注塑条件，可获得 卢一p p 和y 一尸p 晶体，同时，振动条件还能影响f r p p 的晶体取向。 四川大学硕士学位论文 参考文献 第一章： 1 瞿金平、胡汉杰主编，聚合物成型原理及成型技术，化学工业出版社 【2 刘益、吴世见、申开智等，中国塑料，2 0 0 1 ，1 5 ( 6 ) ：1 4 3 张杰、申开智、李又兵等，工程塑料应用，2 0 0 2 ，3 0 ( 1 1 ) ：5 0 【4 】瞿金平，中国塑科，1 9 9 7 ，1 1 ( 3 ) ：6 9 【5 彭响方等，中国塑料，1 9 9 8 ，1 2 ( 1 ) ：9 8 6 孙友松等，塑料科技，1 9 9 7 ，( 4 ) ：1 0 【7 】彭响方、翟金平、李札夫等，工程塑料应用，1 9 9 9 ，2 7 ( 7 ) ：3 8 【8 】张杰、申开智、严正，现代塑料加工应用，2 0 0 1 ，1 3 ( 4 ) ：2 4 9 】o l i l t h e b e r g e ，p l a s t i c s e n g i n e e r i n g ，1 9 9 1 ，4 7 ( 2 ) ：2 7 【1 0 a n o n ，p l a s t i c sa n dr u b b e r i n t e r n a t i o n a l ，1 9 9 1 ，1 6 ( 1 ) ：1 9 【1 1 w m i c h a e l ia n ds g a l u s c h k a ，a p ea n t e ct e c h p a p e r s ，1 9 9 3 ，3 9 ：5 3 4 1 2 g u r h a nk a l a y ，p e t e ra l l a na n d m i c h a e lj b e v i s ，p l a s t i c sr u b b e ra n d c o m p o s i t e sp r o c e s s i n g a n da p p l i c a t i o n s ，1 9 9 5 ，2 3 ( 2 ) ：7 1 【1 3 j e i b a r ，p o l y m e re n g i n e e r i n ga n ds c i e n c e ，1 9 9 8 ，3 8 ( 1 ) ：l 【1 4 】官青、申开智，高等学校化学学报，1 9 9 5 ，1 6 ( 7 ) ：1 1 2 9 1 5 】q i n gg u a n ，e ta 1 j o u r n a lo f a p p l i e dp o l y m e rs c i e n c e ，1 9 9 5 ，5 5 ：1 7 9 7 【1 6 】陈利民、申开智，高分子材料科学与工程，1 9 9 9 ，1 5 ( 4 ) ：8 7 1 7 张弓、蒋龙、申开智等，高分子学报，1 9 9 8 ，( 5 ) ：5 9 1 1 8 张弓、傅强、申开智等，高等学校化学学报，2 0 0 0 ，2 1 ( 4 ) ：6 3 3 1 9 g u r h a nk a l a y a n dm i c h a e l j b e v i s ，j o u r n a lo f p o l y m e rs c i e n c e ：p a r tb ：p o l y m e r p h y s i c s ，1 9 9 7 ，3 5 ( 2 ) ：2 4 1 【2 0 jz h e n g y a n ，e ta 1 j o u r n a lo f a p p l i e d p o l y m e r s c i e n c e ，2 0 0 2 ，8 5 ( 8 ) ：1 5 8 7 【2 1 】严正、申开智、宋大勇等，中国塑料，2 0 0 0 ，1 4 ( 1 2 ) ：6 3 2 2 】z h e n g y a h ，e t a l j o u r n a lo f a p p l i e d p o l y m e r s c i e n c e ，2 0 0 4 ，9 1 ：1 5 1 4 2 3 】严正、申开智、张杰，高分子材料科学与工程，2 0 0 1 ，1 7 ( 4 ) ：8 2 翌业奎兰塑主兰堡堡塞 2 4 那顺、张杰、严正等，塑料工业，2 0 0 3 ，3 l ( 8 ) ：2 9 2 5 张杰，四川大学博士学位论文，2 0 0 2 【2 6 s ct j o n g ，e ta 1 p o l y m e r e n g i n e e r i n ga n d s c i e n c e ，1 9 9 6 ，3 6 ( 1 ) ：1 0 0 【2 7 m a b o u l f a r a j ，e la l p o l y m e r ，1 9 9 5 ，3 6 ( 4 ) ：7 3 1 【2 8 】吴宏武、翟金平，高分子材料科学与工程，2 0 0 0 ，1 6 ( 5 ) ：1 6 5 【2 9 】g a s t o n ep r o s b ta n dv i g a n e l l o ，u s p a t e n t ，5 4 3 5 9 1 2 。1 9 9 5 【3 0 】只s a l l a n 、m j b e v i s ，p l a s t i c sr u b b e ra n dc o m p o s i t e sp r o c e s s i n ga n da p p l i c a t i o n s ，1 9 9 1 ， 1 6 ( 2 ) ：1 3 3 3 1 j c a s u l l i ，e ta 1 p o l y m e r e n g i n e e r i n g a n ds c i e n c e ，1 9 9 0 ，3 0 ( 2 3 ) ：1 5 5 1 【3 2 】蒋龙、申开智、吉继亮，高等学校化学学报，1 9 9 8 ，1 9 ( 4 ) ：6 3 8 3 3 】瞿金平、卿艳梅、田野春等，塑