1、動(dòng)態(tài)保壓注塑成型在高分子成型中的應(yīng)用一、引言隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)水平也有了很大提升，高分子合成材料是工業(yè)生產(chǎn)中的重要組成部分，對(duì)于工業(yè)發(fā)展有十分重要的推動(dòng)作用。隨著高分子材料的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛1,高分子加工成型技術(shù)的研究也越來(lái)越深入，作為一門新興技術(shù)，其誕生時(shí)間不長(zhǎng)，但是已經(jīng)取得了較大的成就，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。高分子加工成型技術(shù)是一門綜合技術(shù)，融合了物理、化學(xué)、生物等多個(gè)學(xué)科，加強(qiáng)對(duì)該技術(shù)的研究，是我國(guó)科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的重要體現(xiàn)。二、高分子主要加工方法目前，在進(jìn)行高分子材料成型操作的過(guò)程中，其主要的方法有六種，分別是：擠出成型、注射成型、吹塑成型、塑料激光成型、半結(jié)晶塑料

2、激光成型、激光燒結(jié)成型等202.1擠出成型所謂擠出成型，指的是借助螺桿旋轉(zhuǎn)加壓的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)于高分子材料的成型操作。一般情況下，在進(jìn)行高分子材料擠出成型的具體操作過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)加料、塑化、成型、定型等環(huán)節(jié)。在操作過(guò)程中，技術(shù)人員需要對(duì)擠出設(shè)備水平、機(jī)頭模具、加工精度以及擠出成型工藝進(jìn)行高效、全面的控制，繼而確保成型的流暢性以及成型制品的美觀性。不僅如此，在擠出成型的操作過(guò)程中，產(chǎn)品質(zhì)量往往還受到擠出機(jī)工作壓力、螺桿轉(zhuǎn)速、加料速度、塑料品種的影響。因此在操作過(guò)程中，要求工作人員加強(qiáng)該方面的管控。2.2注塑成型技術(shù)作為塑料加工中最為常見的技術(shù)方法之一，注射成型技術(shù)在運(yùn)用的過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于復(fù)雜空

3、間幾何形狀的塑料產(chǎn)品的制作。事實(shí)上，這一技術(shù)在運(yùn)用的過(guò)程中具有應(yīng)用面廣、成型效率高、品種多、尺寸穩(wěn)定、機(jī)械化水平高等特點(diǎn)，故而獲得了相關(guān)部門的青睞。基于此，注射成型技術(shù)在塑料制造行業(yè)獲得了廣泛的運(yùn)用。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示：在進(jìn)行全部熱塑性塑料以及部分熱固性塑料制造生產(chǎn)的過(guò)程中，技術(shù)人員以及相關(guān)部門都采用了注塑成型技術(shù)進(jìn)行具體的操作。2.3吹塑成型技術(shù)所謂的吹塑，又被稱之為中空吹塑。其具體內(nèi)涵指的是借助氣體壓力使閉合在模具中的熱熔型坯吹脹形成中空制品的方法。這種方法憑借著其自身的優(yōu)勢(shì)而逐漸成為高分子材料加工、制造行業(yè)的新寵，并在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，成為發(fā)展較快的一種塑料成型方法。在借助吹塑

4、成型技術(shù)進(jìn)行實(shí)際的生產(chǎn)操作過(guò)程中，技術(shù)人員往往只需要借助陰模（凹模）進(jìn)行具體的操作。不同于注塑成型技術(shù)，吹塑成型技術(shù)在運(yùn)用的過(guò)程中具有設(shè)備成本低，適應(yīng)性強(qiáng)，可成型性能高的特點(diǎn)，故而能夠生產(chǎn)出有復(fù)雜起伏曲線（形狀）的制品。吹塑成型技術(shù)在運(yùn)用的過(guò)程中由于具體的操作不同，故而被分為三種主要的方法類型：擠出吹塑成型、注塑吹塑成型以及拉伸吹塑成型。2.4塑料激光成型作為近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的加工技術(shù)，激光成型技術(shù)在運(yùn)行的過(guò)程中通過(guò)高度聚焦的激光垂直照射在需要進(jìn)行塑型的模板之上。由于塑料直接吸收激光的能力較低,所以在該技術(shù)運(yùn)行的過(guò)程中，需要技術(shù)人員在塑型部位涂上吸收熱量的涂料。2.5半結(jié)晶塑料激光成型所謂的塑料

5、激光成型技術(shù)，其原理是通過(guò)對(duì)激光能量的吸收促進(jìn)塑料表面的變形。在實(shí)際的操作過(guò)程中，需要技術(shù)人員保障塑料表面的溫度低于材料結(jié)晶溶解的溫度，由此確保塑料性能的充分發(fā)揮。止匕外，塑料的拉伸應(yīng)力與彎曲強(qiáng)度往往在60攝氏度以上才會(huì)進(jìn)行變形，基于此需要技術(shù)人員加強(qiáng)對(duì)于溫度的控制。激光燒結(jié)成型作為一種具有超高發(fā)展?jié)摿Φ母叻肿硬牧铣尚图庸ぜ夹g(shù)，激光燒結(jié)成型技術(shù)在實(shí)際的運(yùn)用過(guò)程中，通過(guò)借助CAD輔助技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于塑料的加工處理，在此基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)對(duì)于生產(chǎn)模具等方面成本結(jié)算的高效。總體而言，激光燒結(jié)成型技術(shù)具有節(jié)約生產(chǎn)成本、環(huán)保節(jié)能高的特點(diǎn)，故而能夠在零部件生產(chǎn)方面具有突出的表現(xiàn)，故而成為最具發(fā)展?jié)摿Φ乃芰铣尚图?/p>

6、術(shù)。三、動(dòng)態(tài)保壓注塑成型注射成型是塑料加工成型的一種重要手段，普通的注射成型是在注塑完成后將塑料在靜態(tài)條件下進(jìn)行保壓成型。這種加工方式存在著一些固有的缺點(diǎn)：（1）生產(chǎn)大面積結(jié)構(gòu)制件時(shí)，高的熔體粘度要求高的工作壓力，高的工作壓力要求大的鎖模力，這樣增加了機(jī)器和模具費(fèi)用。生產(chǎn)厚壁制件時(shí)，對(duì)于收縮率大的塑料，難以克服表面縮痕內(nèi)部縮孔，塑件尺寸精度差。(2)加工纖維和高分子液晶增強(qiáng)復(fù)合材料時(shí)，基體中纖維隨機(jī)分布，不能充分展現(xiàn)纖維或高分液晶的高模量和高強(qiáng)度性能。(3)動(dòng)態(tài)保壓注塑技術(shù)是指采用特制的模具，在聚合物注射成型的保壓過(guò)程中向聚合物熔體施加一定外加剪切應(yīng)力，以控制聚合物基體的結(jié)晶形態(tài)和取向結(jié)構(gòu)或控

7、制分散相的形態(tài)，從而改變聚合物材料的力學(xué)性能3.這些缺點(diǎn)大大限制了注射成型技術(shù)和高聚物材料在工業(yè)中的應(yīng)用。動(dòng)態(tài)保壓注塑則是在將塑料熔體注入模具后，在一定的動(dòng)態(tài)應(yīng)力條件下進(jìn)行保壓成型，即保壓過(guò)程開始時(shí)，活塞在液壓力的推動(dòng)下，以相同的頻率反相運(yùn)動(dòng)，使熔體反復(fù)通過(guò)型腔尚未凍結(jié)的芯層，直到芯層完全凍結(jié)，保壓結(jié)束，打開模具取出制品。動(dòng)態(tài)保壓裝置動(dòng)態(tài)保壓成套裝置結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，它主要由三部分組成，注射機(jī)A、保壓頭B和模具Co除此之外，還有一個(gè)液壓機(jī)用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)保壓活塞3和9。兩個(gè)活塞的活動(dòng)有一個(gè)單片機(jī)組成的控制單元控制。在該單片機(jī)存儲(chǔ)有幾十種保壓模式供選擇使用。保壓時(shí)間、保壓頻率等加工參數(shù)可任意設(shè)定。

8、保壓頭B安裝在定模板上，并用傳統(tǒng)方法與模具定位。A-注射機(jī)B-保壓頭C-模具動(dòng)態(tài)保壓注塑成型工藝參數(shù)動(dòng)態(tài)保壓注塑成型典型工藝過(guò)程如下：活塞2和9被設(shè)置在圖3-1所示的初始位位置。塑性熔體通過(guò)注射機(jī)噴嘴1注射進(jìn)入通道2和10,然后進(jìn)入料腔4和8,最后流入模具型腔。待型腔充滿后，保壓過(guò)程開始。當(dāng)保壓過(guò)程進(jìn)行到預(yù)先設(shè)定的時(shí)間時(shí)，保壓結(jié)束，開模取出塑件。5在編制的幾十種保壓模式中，有三種最基本的保壓模式。它們分別是：模式A,活塞3和9以相同頻率前后運(yùn)動(dòng)， 但其相位差180;模式B,活塞3和9同相位同頻率前后運(yùn)動(dòng)實(shí)施保壓；模式C,活塞3和9在靜態(tài)壓力下向前運(yùn)動(dòng)實(shí)施保壓。對(duì)于用K式A來(lái)說(shuō)， 型腔中的塑料熔

9、體被交替地壓入料腔4和8,塑料熔體在整個(gè)保壓過(guò)程中一邊冷卻一邊流動(dòng)，受到剪切作用，這種保壓模式如圖3-2A所示。保壓模式B相當(dāng)于兩個(gè)動(dòng)態(tài)壓頭，其作用是反復(fù)壓縮，釋壓于模具型腔，如圖3-2B。模式C類似于傳統(tǒng)注射成型，通過(guò)兩料腔向模具型腔施加靜態(tài)壓力，如圖3-2C所示。圖3-2三種基本保壓模式（A-模式A,B-模式B,C-模式C）型腔壓力變化圖3-3是三種基本保壓方式下典型的型腔壓力變化曲線。由圖可見動(dòng)態(tài)保壓注射成型無(wú)論是方式A還是方式B都能延緩型腔中熔體的凍結(jié)，使型腔中的壓力維持相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。尤其是保壓方式A,能使型腔中的壓力維持4分多鐘。而靜態(tài)保壓模式C,型腔壓力在極短時(shí)間內(nèi)就衰減到了零。型

10、腔壓力的這種變化表明，與傳統(tǒng)注射成型相比，動(dòng)態(tài)注射成型技術(shù)對(duì)型腔的保壓更加充分和有效，壓力傳遞更好，其制備的塑件尺寸精度應(yīng)更高，更加密實(shí)，力學(xué)性能也應(yīng)得到相應(yīng)改善。ABC圖3-3型腔壓力與保壓時(shí)間的關(guān)系（A-模式A,B-模式B,C-模式C）保壓模式不同保壓模式下所制備樣件的厚度平均值如圖3-4所。與靜態(tài)保壓相比，動(dòng)態(tài)保壓所制備樣件的厚度尺寸偏差要小得多。厚壁塑件在靜態(tài)保壓下不能克服的表面凹陷也基本得到消除。這主要是因?yàn)閯?dòng)態(tài)保能延緩型腔和流道中塑料熔體的凍結(jié)，能使型腔中的壓力維持相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，因此能向型腔中注入更多的塑料，消除了由于收縮造成的表面凹陷，同時(shí)減小尺寸偏差。保壓時(shí)間不同保壓時(shí)間對(duì)制件

11、厚度的影響如圖3-5。無(wú)論何種保壓模式，增加保壓時(shí)間都使制件的尺寸偏差減小。這主要?dú)w因于延長(zhǎng)保壓時(shí)間將注入更多的塑料。從圖6還可見動(dòng)態(tài)保壓樣件的尺寸偏差小于靜態(tài)保壓樣件。靜態(tài)保壓無(wú)法克服的表面凹陷使用動(dòng)態(tài)保壓后基本得到了消除。保壓頻度由于保壓頻率直接影響兩保壓活塞移動(dòng)的距離，因此保壓頻率的大小與塑件尺寸偏差有關(guān)，如圖3-6所示。對(duì)于保壓模式B,當(dāng)保壓頻率為0.2Hz時(shí)，尺寸偏差最小，對(duì)于保壓模式A， 保壓頻率為0.3Hz時(shí)， 尺寸偏差最小。 由此可見過(guò)高過(guò)低的保壓頻率都不利于塑腔的保壓，不利于減少尺寸偏差。-I* *4 4一一。;0;0。如0 0()-()-?？?工O.O.BQBQ&

12、&4,4,工1-t-.11-t-.1AB圖3-6樣件寬度與保壓頻率的關(guān)系溶體溫度圖3-7是塑料熔體溫度對(duì)樣件厚度的影響。由圖可見，對(duì)于動(dòng)態(tài)保壓模式A和B,熔體溫度越高，尺寸偏差越小。這是因?yàn)楦叩娜垠w溫度進(jìn)一步延緩了熔體的凍結(jié)，從而使動(dòng)態(tài)保壓更加充分，尺寸偏差減小，而對(duì)于靜態(tài)保壓模式，情形正好相反。熔體溫度越高，尺寸偏差越大。這主要是因?yàn)槿垠w溫度越高，塑件收縮越大，而靜態(tài)保壓的補(bǔ)縮能力并不會(huì)因熔體溫度的提高而有多大改善，因此其尺寸偏差增大。動(dòng)態(tài)保壓較靜態(tài)保壓的保壓作用更加有效，意味著動(dòng)態(tài)保壓樣件的重量應(yīng)有所增加，力學(xué)性能應(yīng)相應(yīng)提高，圖3-8、3-9樣件重量、拉伸強(qiáng)度與熔體溫度的關(guān)系都證實(shí)

13、了這點(diǎn)。動(dòng)態(tài)保壓樣件重量和拉伸強(qiáng)度比靜態(tài)保壓樣件的都有很明顯的提高提高?？偟膩?lái)說(shuō)，同靜態(tài)保壓相比，動(dòng)態(tài)保壓樣件的拉伸強(qiáng)度提高了大約8%。圖3-4保壓模式與樣件厚度的關(guān)系圖3-5塑件厚度與保壓時(shí)間的關(guān)系圖3-8樣件重量與熔體溫度的關(guān)系圖3-9樣件抗張強(qiáng)度與熔體溫度的關(guān)系我國(guó)動(dòng)態(tài)保壓注塑成型進(jìn)展1996年，官青等6研究了動(dòng)態(tài)應(yīng)力場(chǎng)下注塑的自增強(qiáng)PP微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的關(guān)系，相比靜態(tài)應(yīng)力場(chǎng)下所注塑的試樣， 具拉伸彈性模量和屈服強(qiáng)度分別從1.4GPa和31MPa提高到了3.0GPa和58MPa,力學(xué)性能提高主要的貢獻(xiàn)來(lái)自于PP在動(dòng)態(tài)應(yīng)力場(chǎng)中形成的用晶結(jié)構(gòu)和分子鏈的高度取向。1997年，他們又研究了在振

14、動(dòng)力場(chǎng)下注塑的PE中D微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其力學(xué)性能的影響，差示掃描量熱(DSC)和廣角X射線衍射分析顯示振動(dòng)力場(chǎng)有助于用晶結(jié)構(gòu)的形成和分子鏈的取向，從而使得PE-HD的拉伸彈性模量從1.0GPa提高到3.5GPa,屈服強(qiáng)度從23MPa提高到87MPa。2000年，張弓等口采用動(dòng)態(tài)保壓方式制得了高強(qiáng)度、高韌性的PE-HD(7006A)/PP共混物試樣，PP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%時(shí)，共混物試樣拉伸強(qiáng)度最高達(dá)97.1MPa,比靜態(tài)注塑試樣提高了4.3倍；PP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，缺口沖擊強(qiáng)度最高為45.5kJ/m2,比靜態(tài)注塑試樣提高了9.5倍。分析認(rèn)為，剪切力的介入使得相分離的程度有所改善，產(chǎn)生了增強(qiáng)增韌的效果。圖

15、3-7樣件厚度與熔體溫度的關(guān)系2006年，雷軍網(wǎng)研究了動(dòng)態(tài)保壓注塑對(duì)PE_HD(5000S)和PE_HD/超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)共混物結(jié)構(gòu)與性能的影響。 動(dòng)態(tài)保壓注塑技術(shù)實(shí)現(xiàn)了PEHD的雙向自增強(qiáng)， 流動(dòng)方向和垂直于流動(dòng)方向上的拉伸強(qiáng)度分別提高了50%和30%o對(duì)于PE-HD/PE-UHMW共混物，尤其是在平行于流動(dòng)方向上，共混物的拉伸強(qiáng)度與常規(guī)的靜態(tài)注塑試樣相比提高了約235%,斷裂伸長(zhǎng)率近150%,拉伸過(guò)程中顯示是延性斷裂；在垂直于流動(dòng)方向上的斷裂方式為塑性斷裂，拉伸性能也提高30%o通過(guò)SEM發(fā)現(xiàn)PE-HD在PE-UHMW的誘導(dǎo)下生成了一種全新的類似網(wǎng)狀的用晶結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中的片

16、晶相互纏結(jié)，且出現(xiàn)了 B 晶型，表層是未取向的球晶，剪切層是由取向極為規(guī)整的片晶和用晶結(jié)構(gòu)相互纏結(jié)而形成，因而得到的PE-HD/PE-UHMW共混物具有高強(qiáng)度和高韌性。20102011年，楊風(fēng)霞等9-10將動(dòng)態(tài)保壓注塑技術(shù)應(yīng)用到PA1010/PP和乙烯-辛烯共聚物接枝馬來(lái)酸酊(POE-g-MAH)增韌PA1010/PP試樣制備過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)剪切誘導(dǎo)作用下共混物形成獨(dú)特的相態(tài)和多層結(jié)構(gòu)，中間是芯層，圍繞著芯層的是剪切層，最外面是皮層，分散相尺寸減小，分散也更為均勻。當(dāng)PP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，PA1010/PP共混物試樣的相區(qū)尺寸由靜態(tài)注塑試樣的3.9m降低到1.4仙川因而大大提高了共混物的拉伸強(qiáng)

17、度、拉伸彈性模量和缺口沖擊強(qiáng)度。當(dāng)PP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，共混物的缺口沖擊強(qiáng)度達(dá)到21.3kJ/m2,是靜態(tài)注塑試樣的3倍多,拉伸強(qiáng)度達(dá)到50.9MPa,是靜態(tài)注塑試樣的1.5倍。力學(xué)性能的提高歸因于剪切誘導(dǎo)作用下獨(dú)特相態(tài)的形成，分子鏈沿流動(dòng)方向的取向是拉伸強(qiáng)度提高的主要原因，而剪切力使分散相顆粒變小和剪切層中分子鏈的取向是沖擊強(qiáng)度提高的主要原因。四、展望動(dòng)態(tài)保壓注塑技術(shù)能夠在成型過(guò)程中使材料的內(nèi)部結(jié)晶結(jié)構(gòu)有所改變，在剪切層形成一種片晶與脊纖維晶互鎖的用品”結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度提高，分散相尺寸減小且分散更為均勻，制品收縮率降低。與傳統(tǒng)的靜態(tài)注塑工藝相比，該技術(shù)可提高注塑制品拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和模量等

18、性能，這在某些應(yīng)用領(lǐng)域尤其是在厚壁制品加工中將會(huì)起到極為關(guān)鍵的作用。但就目前的文獻(xiàn)資料看，研究基本停留在小試階段，還未見有真正應(yīng)用到塑料制品工業(yè)化生產(chǎn)中的實(shí)例，因而該技術(shù)要實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)際工業(yè)應(yīng)用還需要進(jìn)行更多的研究。1蘇龍.對(duì)高分子材料的加工成型技術(shù)研究J.信息記錄材料,2017,18(5):43-44.2路王珂，王志芬.有關(guān)高分子材料成型加工技術(shù)研究J.內(nèi)燃機(jī)與配件，2017(1):110-111.3傅強(qiáng).聚烯爛注射成型M.北京:科學(xué)出版社，2007.4馬麗華，盛利軍，張振，滕巖.我國(guó)動(dòng)態(tài)保壓注塑技術(shù)的研究進(jìn)展J.工程塑料應(yīng)用，2014:127-131.5官青，中開智，吉繼亮.動(dòng)態(tài)保壓注射成型技術(shù)研究J.成都科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1995(5):20-26.6官青， 中開智， 朱居木， 張弓， 吉繼亮.動(dòng)態(tài)應(yīng)力場(chǎng)中成型的自增強(qiáng)聚丙烯的結(jié)構(gòu)與