1、目 录摘 要 .1ABSTRACT.20 引言 .41 高性能工程塑料 .51.1 高性能工程塑料及其分类 .51.2 高性能工程塑料注射成型 .52 高性能工程塑料注射成型的关键技术研究 注射成型设备 .62.1 微孔发泡注射成型设备及工艺 .62.2 逆流注射成型设备及其工艺 .72.3 气体辅助注射成型设备及其工艺 .82.4 两种高性能工程塑料 PVDF 和 PEEK 的注射设备的研究 .102.4.1 PVDF 注射设备 .102.4.2 PEEK 注射设备 .103 高性能工程塑料 PVDF 和 PEEK 注射成型的关键技术研究模具系统103.1 PVDF 注射成型模具系统的关键技
2、术 .103.2 PEEK 注射成型模具系统的关键技术 .114 高性能工程塑料注射成型的关键技术研究 模流分析技术 .114.1 模拟软件 Moldex3D 软件的介绍 .114.2 基于 Moldex3D 的高性能工程塑料注射成型工艺模拟 .124.2.1 PVDF.204.2.2 PEEK.244.3 模拟结果分析 .285 高性能工程塑料注射成型关键技术研究实验和 测试技术 .285.1 PVDF 的实际注射成型实验 .285.1.1 实验原料 .295.1.2 实验设备仪器： .295.1.3 实验数据 .295.1.4 实验步骤 .295.2 工艺参数对制品力学性能的影响-拉伸实验
3、 .325.2.1 实验目的 .325.2.2 实验设备仪器 .325.2.3 实验原理 .325.2.4 实验步骤 .335.1.5 实验结果 .366 结论与展望 .376.1 主要结论 .376.2 研究展望 .38参考文献 .39致谢 .41译文 .42原文说明 .61摘 要高性能工程塑料和耐热工程塑料，又称特种工程塑料，可用于航天、能源、汽车、医疗、微电子等重要领域。由于特种工程塑料售价高、数量少，其注射成型技术一直不够完善，导致工艺不够成熟。本文以高性能工程塑料 PVDF 和 PEEK 为例，研究了注射成型设备、模具系统、模流分析、实验等高性能工程塑料注射成型的关键技术。主要结论如
4、下：1.由于PVDF有腐蚀性,所以PVDF注射机的螺杆、料筒和喷嘴都应使用耐腐蚀Ni基合金材料制成。PEEK可采用传统注塑机成型，但料筒需能升温至400；喷嘴需进行保温。2.PVDF和PEEK注射成型模具系统的设计和加工制作都要进行特殊处理，通过分析，得出了喷嘴、流道、浇口等模具结构的设计原则。3.通过Moldex3D模流分析，得出了PVDF和PEEK塑件翘曲程度比较稳定的成型工艺参数范围。4.通过注射成型实验，制备了不同工艺条件下的PVDF试样，使用电子万能试验机，通过拉伸实验得出了PVDF抗拉强度较高、力学性能较好的成型工艺参数的范围。关键词：高性能工程塑料，注射成型，关键技术，数值模拟，
5、PVDF，PEEKResearch on the key technologies of injection molding of special plasticsABSTRACTSpecial engineering plastics is also called high-performance engineering plastics and heat-resisting engineering plastics, can be used in industry fields such as aviation, energy sources, automobile, medical tr
6、eatment and micro-electronics etc. The technologies of injection molding is always not perfect enough and causes the process not to be mature since special engineering plasticss price is high and lack in number. Taking the examples of PVDF and PEEK, the key technologies of injection molding of speci
7、al plasticss equipment of injection molding, mold system, numerical analysis, experiment etc. are studied in this article. The main conclusions are: 1. Screw, charging barrel and nozzle of injection machine of PVDF should be made of corrosion-resisting Ni alloy because of PVDFs corrosivity. Traditio
8、nal injection machine could be used in the injection molding of PEEK, but charging barrels temperature should be increased up to 400 and nozzle need to be keep temperature.2. Design and fabrication of injection molding mold system should be specially treated for PVDF and PEEK. The design principles
9、of mold structure of nozzle, runner and gate systems are also given in this article through the analysis.3. The parameter ranges of molding process in which their warpage are relatively steady of PVDF and PEEK parts are obtained through the Moldex3D analysis. 4. Several PVDF samples under different
10、process conditions are prepared through the injection molding experiment and the parameter ranges of molding process are reached in which their value of tensile strength are higher and mechanical property are better through the tensile test that using electronic universal testing machine. Key words：
11、Special Plastics，injection molding，key technologies， numeric simulation，PVDF，PEEK高性能工程塑料注射成型的关键技术研究引言随着科学技术与工业技术的创新，传统材料已不能完全与之相适应，需要发展新的材料以弥补其不足。新型材料的出现与发展，又进一步推动了工业与技术的革新。特种工程塑料的萌芽、发展与提高，就是遵循这一规律而运行的。原子能的利用，带动了核工业的兴起。核技术与航天技术的发展，迫切需要耐辐射、防腐蚀、高耐磨、耐高低温、重量轻和强度高的新型材料，聚酰亚胺、聚砜类和聚芳醚酮等特种工程塑料及其复合材料，便随之应运而生，
12、并不断发展壮大；电子工业、信息处理技术和微电子技术的发展，对电子器件的性能提出了更高的要求，急需能满足在苛刻条件下使用的电子线路封装、半导体集成电路和元器件等的材料，特种工程塑料即为此需要而迅速发展起来。特种工程塑料需求的快速发展，对其注塑工艺提出了更高的要求。然而，目前特种工程塑料注射成型研究较少，工艺不够成熟，技术不够完善。各种高性能工程塑料在注射成型时对塑件尺寸，注射设备质和注射模具等的要求，还有对基本注射工艺参数的范围都没有进行充分的研究。因此，深入认识和分析高性能工程塑料注射成型过程中的关键技术问题，研究并提出解决方案，从而提高塑件质量，有着重要的理论意义和工程实用价值。1 高性能工
13、程塑料1.1 高性能工程塑料及其分类塑料为合成的高分子化合物(聚合物)，又可称为高分子或巨分子，也是一般所俗称的塑料或树脂，可以自由改变形体样式。是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的材料，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成的。塑 料 主 要 有 以 下 特 性 ： (1)大 多 数 塑 料 质 轻 ， 化 学 性 稳 定 ,不 会锈 蚀 ； (2)具 有 较 好 的 透 明 性 和 耐 磨 耗 性 ； (3)绝 缘 性 好 ， 导 热 性 低 ；(4)一 般 成 型 性 、 着 色 性 好 ， 加 工 成 本 低 ； (5)大 部 分 塑 料 耐 热 性 差， 热
14、膨 胀 率 大 ， 易 燃 烧 ； (6)尺 寸 稳 定 性 差 ， 容 易 变 形 ； (7)多 数 塑料 耐 低 温 性 差 ， 低 温 下 变 脆 ； (8)容 易 老 化 ； 特种工程塑料，除了具有重量轻、高强度、耐高温、耐辐射以及尺寸稳定性好等特点，其综合性能更高，长期使用温度在150以上，还具有特殊的功能和特殊的用途。主要应用于军事、航空、航天等高性能要求领域，是60年代以后发展起来的首先为国防军工和尖端技术的需要而发展起来的一类综合性能优异的结构型聚合物材料。现在，特种工程塑料在电子电气、航天航空、核技术、坦克装甲车辆和汽车工业等高新技术领域中发挥着越来越重要的作用。高性能工程塑
15、料主要有以下几类：聚酰亚胺类（PI） 1,2、聚苯硫醚(PPS) 3 4,5、聚芳醚酮类(PAEK) 6,7、聚芳酯(PAR)、聚砜类(PSF) 8和液晶聚合物（LCP） 9等 10-13。全部的热塑性塑料和部分的热固性塑料适用于注射成型 14。与通用工程塑料相比，特种工程塑料最显著的特点是：高强度、耐辐射、耐化学品、耐高温等性能，且高温力学强度高，Tg大多在150200 左右；Tm 大多在300 左右或以上；大多难燃；价格昂贵；成型加工温度高，注塑工艺难度大。1.2 高性能工程塑料注射成型塑料注射成型技术将向反应性、复合、精密、节能、低噪音、易操作、小体积的方向发展 15,16。重点开发的新
16、技术有从单体直接在成型设备内一步加工成制品的所谓“材料技术、成型加工技术、化学反应的复合化技术”，利用计算机辅助工程（CAE） 17进行模拟的以缩短小试到生产这段时间的综合技术；分子级水平的结构控制加工技术；反应挤出和反应注射成型 18-20的精巧化技术以及塑料再生料便捷回用技术；兼顾成型材料的物性、流变性与精密机械加工可能性的技术等。然而,高分子的注射成型毕竟是一种非常复杂的涉及各种技术门类的系统工程,尽管目前在很多方面还不得不依赖人们的经验,但今后其发展不仅需要对现有技术的高度利用,而且有待于在高分子材料工程学、化学工程学、乃至机械工程学等方面的基础知识的进步。因此, 在软件系统上, 人们
17、将不断地通过对CAE 技术 (通过对树脂的流动解析、温度分布解析、冷却解析、收缩/ 翘曲解析、制品形状及设计解析、应力解析等过程,达到对制品进行最佳形状设计、模具设计和材料设计的目的,以降低产品试制成本、缩短开发时间和提高制品质量 21-23、计测技术、控制技术，或对材料制品进行各种实用性能的评价，以积蓄各种和成型工艺及应用有关的数据等方面的积极探索，为推动注射成型技术的发展奠定基础。只有在此基础上,高性能工程塑料的注射成型新技术才会获得高速的发展。2 高性能工程塑料注射成型的关键技术研究注射成型设备2.1 微孔发泡注射成型设备及工艺塑料发泡成型可减轻制品重量,且制品具有缓冲、隔热效果,广泛应
18、用在日用品、工业部件、建材等领域。微孔泡沫塑料注射成型是在超临界状态下利用CO 2及N 2 进行微孔泡沫塑料技术。微孔泡沫塑料注射成型已可生产壁厚为0.5mm的薄壁大部件及尺寸精度要求高的、形状复杂的小部件。与传统的发泡成型形成的最小孔径为250m 的不均匀的微孔相比,现在的工艺形成的微孔大小均匀,孔径在550m ,这样的微孔结构也赋予比传统方法制备的制品更高的机械性能和更低的密度。在力学性能不损失的情况下,重量可降低10% ,而且可减少制品的翘曲、收缩及内应力。微孔泡沫塑料注射成型的原理：树脂在料筒中熔融塑化后超临界流体发生装置注入超临界气体 24 (Super Critical Fluid , SCF),与树脂熔体均匀混合，可看作未开瓶盖的啤酒。将树脂熔体注入模具,相当于把啤酒瓶盖拔掉,随着模具内压力的降低,时间的延长,熔体内的超临界气体像啤酒一样发泡；图2.1为微孔泡沫塑料注射成型系统简图。图2.1 微孔泡沫塑料注射成型机微孔泡沫塑料注射成型可加工多种聚合物,如PP、PS、PBT工程塑料、PA及PEEK。2.2 逆流注射成型设备及其工艺
