（材料加工工程专业论文）abs铝粉共混物流变特性及其力学性能研究.pdf

摘要 摘要 聚合物共混物的成型几乎都是在熔融状态下进行的，研究共混物熔体流变特性 对确定熔体流变成型工艺参数、提高塑件质量等都具有非常重要的作用。然而对于 在树脂中加入金属填料以提高塑料的性能这方面的研究缺乏。本文对a b s 与铝粉共 混材料进行以下几个方面的研究： 第一、利用转矩流变仪研究a b s 铝粉共混物的转矩流变特性。由于物料在转 矩流变仪的密闭混合器不断受到密室温度环境和转子剪切的共同作用，这与物料 在螺杆中的挤出状态相同，这就为a b s 树脂与铝粉微粒在挤出机上混炼均匀提供 依据。通过分析偶联剂种类在加工过程中对扭矩的影响，说明了铝酸酯偶联剂比 钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂更有效降低共混物的粘度，同时还表明铝酸酯偶联剂 和钛酸酯偶联剂能有效节省共混物转矩达到平衡的时间。本论文还研究了铝粉含 量对共混物转矩性能的影响。 第二、利用毛细管流变仪研究共混物的毛细管流变特性。由于共混物料最终 要通过注塑成型制成制品，而塑料注塑成型过程中的实际剪切速率范围在毛细管 流变仪测量范围之内。因此利用毛细管流变仪研究聚合物熔体的流动特性，从而 预测注塑过程中聚合物的加工行为，为寻求最佳工艺条件和控制产品质量提供可 靠的依据。实验研究结果表明在2 5 0 时铝粉含量对共混物流变性能的影响较大， 且熔体在此时的流动性能较好。同时在剪切速率较低时铝粉含量增大将有利于熔 融共混的流动，但在高的剪切速率时铝粉含量对共混物流变性几乎没影响。 第三、利用毛细管流变数据对粘度参数进行拟合，根据拟合参数在m o l d f l o w 数据库建立相应的个人数据库，用以预测分析a b s 铝粉共混注塑成型。作者以塑 件的翘曲变形量作为指标，对a b s 铝粉共混物进行模拟注塑分析，模拟结果与实 际注塑制件的翘曲变形量进行对比分析，说明利用个人材料库所得的模拟实验结 果与实际注塑实验结果非常接近。 第四、对共混材料的力学性能进行研究，实验过程中分析了铝粉含量、钛酸 酯偶联剂含量、螺杆转速以及加工温度这四个成型参数对a b s i 铝粉共混材料各项 力学性能的影响，结果表明这四个成型参数对试样力学性能均有不同程度的影响。 关键词：a b s 铝粉共混物；流变特性；力学性能；粘度参数拟合 a b s t r a c t a b s t r a c t p o l y m e rb l e n d sa r ea l m o s tm o l d i n gi nt h em o l t e ns t a t e ，i ti sv e r yi m p o r t a n ti n d e t e r m i n i n gp a r a m e t e r so fp r o c e s sa n di m p r o v i n gt h eq u a l i t yo fm o l d i n gp l a s t i cp a r t s t os t u d yt h er h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so fp o l y m e rm e l tb l e n d h o w e v e r , t h ea d d i t i o no f m e t a lf i l l e r si nt h er e s i ni m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo f p l a s t i c sw h i c hi sl a c ko f r e s e a r c h i nt h i sa r e a t h i sp a p e rh a ss t u d i e da b sa n da l u m i n u mp o w d e rm a t e r i a l sb l e n d s ，t h e c o n t e n t so ft h i sa r e aa r ea sf o l l o w ： f i r s t , t h et o r q u er h e o l o g yo fa b sa n da l u m i n u mp o w d e rb l e n d si ss t u d i e db y u s i n gt o r q u er h e o m e t e r 1 1 地m a t e r i a lw h i c hi nt h et o r q u er h e o m e t e rr o o mw a s c o m b i n e da f f e c t e db yt h er o o mt e m p e r a t u r ea n dr o t o rs h e a rf o r c e ，w h i c hi st h es a m e s t a t e 埘也i ns c r e we x t r u s i o n i tp r o v i d e sa ne v i d e n c et h a ta b sr e s i na n da l u m i n u m p o w d e rw h i c hw e r ei nt h ee x t r u d e rm i xu n i f o r m i t y t os t u d yt h ee f f e c to fd i f f e r e n t k i n d so fc o u p l i n ga g e n t s ，i ti n d i c a t e st h a ta l u m i n a t ec o u p l i n ga g e n ti se f f e c t i v ea n d n e e dl e s sb a l a n c et i m et h a ns i l a n ea n dt i t a n a t ec o u p l i n ga g e n t s t h ep e r f o r m a n c eo f a l u m i n u mc o n t e n ta l s ow a ss t u d i e d s e c o n d ，t h e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i co fb l e n d si ss t u d i d eb yu s i n gc a p i l l a r y r h e o m e t e r , a st h em a t e r i a lp r o d u c t sa r em a d eb yi n j e c t i o nm o l d i n g ，a n dt h ea c t u a ls h e a r r a t er a n g eo f p l a s t i ci n j e c t i o nm o l d i n gi si nt h ec a p i l l a r yr h e o m e t e rm e a s u r e m e n tr a n g e t h e r e f o r e ，u s i n gc a p i l l a r yr h e o m e t e rt os t u d yt h ep o l y m e rm e l tf l o wi st op r e d i c tt h e p r o c e s sb e h a v i o ro fp o l y m e ri n j e c t i o nm o l d i n g ，a n ds e a r c hf o rt h eo p t i m a lc o n d i t i o n s a n dc o n t r o lp r o d u c tq u a l i t y t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ea l u m i n u mc o n t e n ti sm o r e e f f e c t i v ea t2 5 0 1 2 ，a n dt h em e l tf l o wp r o p e r t i e sa r eb e t t e rt h a nt h a ta t210 a tt h e s a m et i m ea l u m i n u mc o n t e n ti n c r e a s e si nl o ws h e a rr a t ew i l lh e l pt h ef l o wo fm e l t b l e n d i n ga t2 5 0 b u ta l u m i n u mc o n t e n ti nt h eb l e n di sa l m o s tn oe f f e c t i v eo nt h e r h e o l o g i c a li nh i g hs h e a rr a t e t h i r d ，c a p i l l a r yv i s c o s i t yp a r a m e t e r sw e r eb ef i t t e d ，t h ea p p r o p r i a t ed a t a b a s e sf o r s i m u l a t i o na n dp r e d i c t i o no fi n j e c t i o nm o l d i n gp r o c e s so f a b sa n da l u m i n u mb l e n d si n m o l d f l o ws o f t w a r eh a v eb e e ne s t a b l i s h e d c o m p a r i n gt h es i m u l a t i o nr e s u l t s 、析t ht h e i l l 广东工业大学硕士学位论文 a c t u a la m o u n to fw a r p a g eo fp l a s t i cp a r t s ，i ts h o w st h a ts i m u l a t i o nr e s u l t sa n da c t u a l i n j e c t i o ne x p e r i m e n t a lr e s u l t sa l ev e r yc l o s e f o u r t h , t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fb l e n d si ss t u d i d ei nt h i sp a p e r , t h ec o n t e n to f a l u m i n u mp o w d e r , t i t a n i u mc o u p l i n ga g e n tc o m e n t ，s c r e ws p e e da n dp r o c e s s i n g t e m p e r a t u r et oe f f e c tt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fa b sa n da l u m i n u mp o w d e rb l e n d s h a v eb e e ns t u d i e d ，t h er e s u l ti st h a tt h ef o u rp a r a m e t e r sw h i c hh a dd i f f e r e n ti m p a c t d e g r e e si nm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s k e yw o r d s ：a b s a lb l e n d s ；r h e o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c ；m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ；v i s c o s i t y p a r a m e t e rf i t t i n g 烈 c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) a b s t r a c t c o n t e n t s c o n t e n t s ( c h i n e s e ) c o n t e n t s c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1p r o j e c tb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n t 1 1 2t h ec u r r e n ts i t u a t i o na n dp r o b l e m sa b o u tt h i ss t u d y 1 1 2 1p o l y m e rm e l tf l o wb e h a v i o ra n da p p l i c a t i o na th o m ea n da b r o a d ”1 1 2 2t h ep r o p e r t i e so fm e t a lp o w d e ra n dp o l y m e rb l e n d s 5 1 2 3t h ee x p e r i m e n t a ls t u d yo fm e t a lp o w d e r sa n dp o l y m e rb l e n d s 6 1 2 4t h ed e v e l o p m e n to fc a eu s ei ni n j e c t i o nm o l d i n gp r o c e s sa n dm o l d t e c h n o l o g y 7 1 3m a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dm e t h o d s 9 1 3 1r e s e a r c hc o n t e n t s 9 1 3 2r e s e a r c hm e t h o d s 1 0 1 4b r i e f s u m m a r y 1 0 c h a p t e r 2r h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so fa b sa n da l u m i n u mp o w d e rb l e n d s 一1 l 2 1p o l y m e rm e l tf l o wt h e o r ya n di t si n f l u e n c i n gf a c t o r s 1 4 2 2d i f f e r e n tt y p e so fc o u p l i n ga g e n t sa n da l u m i n u mc o n t e n to nt h er h e o l o g i c a l p r o p e r t i e so f b l e n d s 1 4 2 2 1p r i n c i p l ea n dm e t h o d so f t e s t 1 5 2 2 2t o r q u ee x p e r i m e n t a l 1 5 2 2 3e x p e r i m e n t a lr e s u l t s 1 7 2 3d i f f e r e n tt e m p e r a t u r ea n da l u m i n u mc o n t e n to nt h er h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so f b l e n d s 2 0 2 3 1p r i n c i p l ea n dm e t h o d so ft e s t 2 0 2 3 2c a p i l l a r ye x p e r i m e n t a l 2 0 2 3 3e x p e r i m e n t a lr e s u l t s 2 1 v 广东工业大学硕士学位论文 2 4c o m p r e h e n s i v et h e o l o g i c a lp r o p e r t i e sa b o u ta b sa n da l u m i n u mp o w d e r b l e n d s 2 9 2 5b r i e fs u m m a r y 3 0 c h a p t e r3f i t t i n ga n dv e r i f i c a t i o nv i s c o s i t y m o d e lp a r a m e t e r so fa b sa n d a l u m i n u mb l e n d s ：；1 f i t t i n gv i s c o s i t yp a r a m e t e r 3 1 3 1 1m a t h e m a t i c a lm o d e lo f v i s c o s i t y 3 1 3 1 2f i r i n gr h e o l o g i c a lp a r a m e t e ro f b l e n d 3 3 3 2e s t a b l i s h i n gn e wp e r s o n a ld a t a b a s eo f a b sa n da l u m i n u mp o w d e rb l e n d s 3 7 3 3v e r i f i c a t i n go ff i t t i n gr e s u l t s 3 8 3 3 1u s ec a e a n a l y s i sa b sa n da l u m i n u mp o w d e r b l e n d s 3 9 3 3 2a b sa n da l u m i n u mp o w d e rb l e n d so fi n j e c t i o ne x p e r i m e n t s 4 0 3 3 3r e s u l t so f v e r i f i c a t i o n 4 2 3 4b r i e f s u m m a r y 4 2 c h a p t e r4t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fa b s a n da l u m i n u mp o w d e rb l e n d s 4 3 4 1m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f p l o y m e rt e s t i n gp r i n c i p l ea n dm e t h o d 4 3 4 2m e c h a n i c a lp r o p e r t i e se x p e r i m e n t a l 4 4 4 2 1m a t e r i a l sa n de q u i p m e n t 4 4 4 2 2e x p e r i m e n t a ld e s i g na n ds a m p l ep r e p a r a t i o n 4 5 4 3e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n da n a l y s i s j 4 8 4 3 1t h ei m p a c tr e s u l t so f u n n o t c h e ds p e c i m e n sa n da n a l y s i s 4 8 4 3 2v - n o t c hi m p a c tt e s tr e s u l t sa n da n a l y s i so fs a m p l e s 5 9 4 3 3w e l dl i n e ss a m p l e s 、析t hi m p a c tt e s tr e s u l t sa n da n a l y s i s 5 0 4 3 4t h eh a r d n e s so ft e n s i l ep r o p e r t i e s 5 3 4 3 5a n a l y s i so f t e n s i l ep r o p e r t i e s 5 4 4 3 6 c o m p r e h e n s i v em e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa b o u ta b sa n da l u m i n u mp o w d e r b l e n d s 5 6 4 4b r i e f s u m m a r y 5 6 c o n c l u s i o na n de x p e c t a t i o n r e f e r e n c e s v i 5 7 5 9 c o n t e n ts p a p e r sd u r i n gt h ep e r i o do f m a s t e r ss t u d y6 ：i o r i g i n a lc r e a t i o ns t a t e m e n t 6 4 a c k n o w l e d g e m e n t s a p p e n d i x i x ；! ； 第一章绪论 1 1 课题研究背景及意义 第一章绪论 塑料制品因其具有比强度高、质量轻、耐化学腐蚀性好、易加工成型等优点， 而被广泛应用于航空航天、电子电气、汽车、仪器仪表、建筑等各行各业。近十年 来，世界塑料制品的生产量呈稳定增长之势，塑料制品的应用领域不断拓展，预计 2 0 11 年世界塑料制品总产量将达到1 9 亿吨，表明塑料工业仍处于一个稳步发展时 期。然而，随着社会的发展，人们对塑料制品性能提出了更高的要求。纯树脂塑料 制品性能显然满足不了人们的要求，因此，需要在纯树脂中添加各类非金属或金属 填料，以提高塑料制品的各项性能，达到所需要的技术指标和高性价比。制造出 满足人们需求超越顾客需要更高品质的产品，是时代的要求，是社会进步的要求。 生产高品质的塑料制品，传统的生产技术必须改进。采用金属粉与塑料共混注 塑成型可直接获得具有金属光泽的塑料制品，既避免传统注塑加喷涂工艺使制造出 来的产品容易出现表层掉漆、工序繁杂的生产流程，又避免注塑后表面喷涂对环境 产生严重污染等问题，是一种既可节省人工、场地、设备等投资，又能减少喷漆带 来的污染和节省能源，真正意义上实现绿色注塑，该工艺方法的实现具有广泛的应 用前景和重大的社会、经济效益。 然而，高分子聚合物与金属填料的相容性不好，而且金属填料的种类、含量、 形状、大小及其分散状态都会影响聚合物共混物的性能。聚合物共混物的性能和它 的形态结构有着密切的联系，而形态又依赖于聚合物在共混过程中的流变行为，因 此，掌握共混物的流变一形态一性能之间的关系对制备高性能的共混材料具有非常重 要的作用忸，。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国内外对聚合物熔体流动行为及其应用的研究 聚合物熔体的流动行为与它的形态结构有着密切的联系，其中粘度是表征聚合 物熔体流动性和可加工性的重要参数，许多学者对聚合物熔体的粘度特性及其影响 因素，对熔体的流动性能与形态结构进行了大量的试验研究： 贾秀丽n ，利用t a 公司生产的a c e r 2 0 0 0 型毛细管流变仪测定聚烯烃的流变行为， 获得剪切速率与剪切应力、剪切速率与剪切粘度的流变数据，这组数据可用于配方 优化及加工条件筛选，同时还可根据不同批次的产品的流变曲线的偏离情况检测产 品的质量。 梁星宇，研究了含填料丁基橡胶的流变特性，考察了温度和剪切速率对胶料粘 度和挤出膨胀率的影响，结果表明含填料丁基橡胶的剪切粘度随剪切速率和剪切应 力的增大而降低。它的挤出膨胀率对加工温度极为敏感，它随温度的升高而急剧降 低，在温度达到1 0 0 c 时，挤出膨胀率可降至1 0 以下并趋于平稳，因此在该温度区 内可以寻找稳定挤出的工艺条件。 l i a n g t 射分析聚合物熔体粘度特性及其影响因素，应用r h e o v i s 2 1 0 0 恒速型毛细 管流变仪，研究了h d p e 、l d p e 、p p 等熔体的粘度特性，在此基础上对四参数的粘度 模型进行了修正。l i a n gr 们还研究了在口模拉伸流动中压力对粘弹性流体剪切粘度的 影响，以及利用毛细管流变仪研究了n r s b r 、p s 和l d p e 熔体剪切粘度对压力的敏感 性。结果提出了压力影响系数的表达式，压力影响系数会随着流动速率和温度的提 高而降低。 施德安h ，等研究了p p p a 6 共混体系应力松弛行为与共混体系两组份的关系，研 究表明p p p a 6 共混体系应力松弛主要由高聚物熔体形变的分散相液滴的回复能力 所决定，在非增容共混体系中，分散相含量越大，应力松弛时间越短。相反在增容 共混体系中，分散相含量越大，应力松弛时间越长。 张结来等，采用高压毛细管流变仪研究了p v d f 熔体在较宽剪切速率范围内的流 变行为，毛细管流变仪口模直径是l m m ，长径比为4 0 ：l 。研究表明了在低的剪切速 率范围内，p v d f 熔体表现为牛顿流体，此时熔体粘度与剪切速率无关。而在高剪切 速率下p v d f 熔体变现为非牛顿流体，即剪切粘度随着剪切速率的提高而减小。同时 还指出升高温度、增大分子量和降低剪切速率都会导致熔体非牛顿指数的增大，熔 体粘流活化能随剪切速率的减小而变大。 t h e n 等峥，研究了微流道中聚合物熔体的流变特性。建立了在线测量聚合物熔体 在微尺度下粘度的流变测量系统，实现了利用熔体压力传感器进行聚合物熔体在微 流道入口与出口处的压力值测量，并计算出熔体粘度。结果发现，微尺度下聚合物 熔体的粘度随着微流道特征尺寸的降低而减小，而在相同的剪切速率下，流道尺寸 2 第一章绪论 越小，粘性耗散所造成的影响越明显，熔体温升越大。 曲建波t t ，等研究了聚酰胺6 低密度聚乙烯( p a 6 l d p e ) 共混体系的结构和流变性 能。表明共混体系呈现以p a 6 为分散相，l d p e 为连续相的海岛结构；在实验范围内 共混体系为非牛顿流体，满足幂律方程；在剪切速度一定时，p a 6 与l d p e 的粘度比 随着温度的升高而增加；在温度一定时，粘度比随着剪切速率的增加而下降；改变 温度及剪切力可以调节两组分粘度比。 m i a od u n ，等研究了在低的临界溶解温度下p m m a 和s a n 共混过程的动态流变性 能，表明基体与分散相间的界面张力是不依赖于剪切应力的，同时表明不同界面的 界面张力是变化的。 刘斌，谢毅n 钉介绍注塑制品熔接痕的分类及其形成，分析材料的流变性能对注 塑制品熔接痕外观及性能的影响，着重阐述通过调整注塑工艺参数以改变材料的流 变性能，从而改善熔接痕对注塑制品外观及性能的影响。 q i a n gz h e n g t 州等通过研究p m m a s a n 共混物在低于、接近和高于相分离温度时的 流变性能，结果表明在接近或高于相分离温度时出现偏离正常线性粘弹行为。 d o n gh u ac h e n t - ，等研究了l d p e p d a p 共混物在晶区和非晶区的流变特性和松弛 行为，说明此共混物的一定的混容性，x 射线衍射表明，共混过程两相是相互作用 的。 王冰等通过在高粘度聚酯( p e t ) 中加入聚苯硫醚( p p s ) ，经熔融共混挤出制备 p e t p p s 共混物，研究了p p s 对p e t 力学性能和流变性能的影响。结果表明，p p s 在 共混物中起到了外增塑的作用，消弱了p e t 分子链间作用力，从而导致粘流活化能 降低：共混物的粘流活化能随着应力的增大而显著降低，说明此共混物的粘度对剪 切应力的变化比较敏感，在成型加工过程中，可通过调节压力的变化，来改变共混 物的流动性，以适应加工的要求n ”。 梁基照m 】利用意大利c e a s t 公司制造的r h e o v i s 2 1 0 0 恒速型毛细管流变仪，在2 3 0 到2 6 0 的加工温度和剪切速率为5 0 1 到1 0 0 0 s 1 的条件下，研究了两种p s 熔体在挤 出过程中的流动规律及其影响因素。结果表明两试样熔体的流动不遵守幂律定律， 同时试样熔体粘度对温度的依赖关系符合a r r h e n i u s 方程。梁基照 应用毛细管流变 仪还研究了对h i p s 熔体流动行为进行了研究，该熔体的流动过程中剪切粘度对温度 的依赖同样符合a r r h e n i u s 方程。 王松杰、申长雨，给出了基于熔融指数的主曲线生成方法，用熔融指数仪测定 3 广东工业大学硕士学位论文 三个牌号p p 不同温度、不同载荷下的熔融指数，生成主曲线，该曲线与温度、聚合 物等级无关。利用熔融指数主曲线推出材料的流变曲线，工业生产精度要求，有一 定的实用性。 徐全军、李德群利用注塑材料流变学粘度模型及流变参数测定方法，详细讨论 了阻尼最小二乘法拟合流变参数的数学原理、改进算法及初始值计算，并编制相应 的程序，上机实践得到较好的拟合效果，通过实验和数据拟合方法获得粘度模型参 数值n ”。 张华懈，等利用平面流前假设法和精度要求较高时采用的数值计算方法分析了了 塑料注射成型中熔体前沿的喷泉效应。 李思良根据流变过程中的连续方程、能量方程、动量方程。对长条形模腔充 模过程进行流变理论分析。得出最小充模压力降v p m i n ，最佳的注射速率q 0 ，最小 注射速率q m i n 的计算公式。这对于注塑品的模具设计，成型工艺条件的控制具有重 要意义乜”。 为提高和改善聚合物材料的性能，既能通过对聚合物进行物理改性如加入填 料、添加剂等方法，又能对聚合物进行化学改性如接枝、嵌段聚合等方法。加入金 属填料的共混聚合物，它的性能与共混体系的组成、共混过程、共混物形态、共混 体系相容性等密切相关，国内外的专家对此进行了大量的研究，如v a no e n e 提出恤， 可以将弹性形变的能量叠加到界面能中；添加纳米c a c o 。能够赋予p v c 熔体切力变稀 特性，解磊等研究了p p p o e 共混体系组分配比与分散相粒径的关系，；周伟平等 在p a 6 s e b s 共混体系中添加相容剂，使s e b s 分散相粒径明显变小，而且粒径分布较 为均匀懈，；李海东汹，等用甲基丙烯酸环氧丙酯对p p 进行接枝，以改善p p p a i o i o 共混 体系的相容性。 国内外不少专家学者还利用共混注塑理论对注塑制品质量方面进行了大量的 研究。如肖长江担 等研究了熔体温度对p a 6 6 加3 3 玻纤的熔接痕的影响，结果表明， 随着熔体温度的升高，制件的拉伸强度增加，但拉伸应变下降，而有熔接痕的制件 的拉伸强度变化要比无接痕的剧烈的多。利用t a g u c h i 方法分别对p a 6 6 力 1 3 3 玻纤和 a b s 的各种工艺条件的组合( 熔体温度、注射压力、保压压力、注射速度) 进行了 实验和实验分析，经过方差分析，得到最佳的工艺组合，和每个因子的影响程度， 找出影响最大的因子。g e o s m a n 和n n u g a y 研究了聚丙烯( p p ) 和尼龙6 和滑石粉 的三元共混复合材料组成的熔接痕性能和形态。并通过扫描电子显微镜进行了研 4 第一章绪论 究，表明增加粘度分散相有利于加强熔接痕强度嘲，。d j a r u s ，j w s u m m e r s 啪1 等人 研究了p v c h d p e 不同比例共混物的应力应变行为。熔接痕拉伸强度取决于其区域的 p v c 相，改变聚氯乙烯域形状和改变聚氯乙烯分子量，共混物粘度比的不同。 综上所述，许多研究者都采用毛细管流变仪来研究聚合物熔体的流动特性，研 究过程中主要考察了温度、剪切速率、压力、聚合物分子结构与口模入口角等对熔 体粘度的影响，所采用的毛细管口模直径大多在l m m 以上。前人还利用流变特性对 注塑制品进行了研究，关于金属粉与树脂共混注塑过程中熔体粘度特性试验研究还 很缺乏。 1 2 2 金属粉末与聚合物共混特性的研究 相对单一成份的塑料注塑成型，在塑料中加入其它的材料进行共混注塑成型， 其注塑过程熔体的形态和流变规律要复杂得多，然而，由于它可以增加制品的性能， 所以它的理论和工艺一直受到广泛的关注和重视。为了解决传统注塑加喷涂工艺制 造的产品容易出现表层掉漆、工序繁杂以及喷涂对环境产生严重污染等问题，在共 混注塑成型过程中直接获取具有金属光泽的塑料制品。由于共混注塑过程中加入一 定量的金属粉，单纯的聚合物的流动性能已经不能够准确的表达此共混过程共混物 的流变特性，因此，结合金属粉在注射过程中流动规律在金属粉与塑料共混的研究 中显得十分必要。本文以铝粉与聚合物树脂的共混成型过程进行研究。 ， 闪光铝等金属颜料与塑料共混注塑成型在国外已有研究和应用，例如某品牌汽 车的手刹按钮和车门内拉手等已使用金属颜料与塑料共混注塑成型。但由于技术的 保密等原因，有关这方面的研究成果未见报道。本课题组紧跟这一技术动态，对闪 光铝颜料与a b s 树脂共混注塑过程中熔体的流动特性进行研究。 由于无机填料与非极性的聚合物如p p 、p e 等互不相容，而与极性的聚合物如a b s 等相容性较好。a b s 是介于通用塑料和工程塑料之间的一种极性、无规形态的高分 子材料。它的微观结构是分散相p b ( 聚丁二烯) 橡胶相分散在s a n ( 聚苯乙烯一丙烯 晴共聚物) 连续相中的“海一岛 型结构。a b s 既具备橡胶的韧性、低温抗冲击性又 具有丙烯晴树脂的耐热、化学稳定性及聚苯乙烯树脂的刚性和光泽性。因此a b s 具 有优良的综合性能，它的分解温度为2 6 0 左右，对于精度要求要高的塑件模温宜 取5 0 - 4 5 0 ，而对高光泽，耐热的塑件，模温宜为6 0 - 8 0 。一般a b s 的成型温度范 围为2 0 0 2 5 0 ，被广泛应用于一般机械零件、传动零件、减磨耐磨零件，如电视 5 广东工业大学硕士学位论文 机外壳、冰箱壳体、汽车内拉手等。 a b s 同时还具有高的流动性和低收缩率，加工性能和产品的尺寸稳定性较好， 因此选用极性的a b s 树脂与铝粉微粒进行共混物流变特性和力学性能研究。同时铝 粉表面暴露在空气中易与空气的氧气结合生成a l ：o 。薄膜，而a l ：0 。又是离子化合物， 这会使铝粉微粒表面与树脂的界面粘结降低，因此需在共混物成型过程中加入表面 活性剂如偶联剂、分散剂等。 1 2 3 金属粉末与聚合物共混的实验研究 国内对于金属颜料与塑料共混注塑成型方面的研究成果未见报道，而对金属与 塑料复合材料特性的研究较多。如骆志高m ，等对金属塑料复合材料的减震、耐磨性 能进行了研究，结果与对比材料相比，复合材料在相同阶模态条件下，振幅降低1 7 o a 2 8 ，固有频率下降，阻尼比显著提高，减振效果明显，复合材料的综合性能 明显提高。马诚，吴鹏m l 利用英国g l a c i e r 公司开发的一种新型金属一塑料复合轴承 材料在汽车轴套中应用进行了研究，研究表明塑料一金属复合材料具有很好的摩擦 磨损性能，可以在无油润滑条件下工作，是一种很值得推广的新型轴承材料。魏立 华，张树邦m ，对金属塑料复合轴承的特性及其应用进行了研究，表明了金属塑料复 合轴承材料无论在水润滑或干摩擦状态下均具有低摩擦、低磨损等诸多优良的性 能，在大型水力发电设备上应用广泛。 然而在金属粉末注射成型过程中，加入了粘结剂等高分子材料，因此对于其注 射成型的研究为金属粉末与聚合物共混的实验研究提供了参考依据。如蒋炳炎，许 静静，谢磊等m ，使用非牛顿流体幂律模型和c r o s s 模型，对w - n i - f e 高比重合金粉末 喂料熔体的实验测得流变数据进行回归分析并拟合，得出各自的拟合常数，并对拟 合结果进行了比较，为金属粉末注射成形分析模拟软件提供了实验数据。郭世柏， 曲选辉，对金属注射成形粘结剂体系进行了研究，粘结剂体系的改善和合理的脱脂 技术对金属注射成形有重大的影响。 本文作者总结国内外学者对该领域的一些研究方法，对金属粉末与聚合物共混 物进行了研究，在研究的过程中利用了o r i g i n 软件对数据进行处理，该软件自1 9 9 1 年问世以来，由于其操作简便、功能开放，很快就成为国际流行的分析软件之一， 是公认的快速、灵活、易学的工程制图软件m ，。o r i g i n 数据分析包括排序、计算、 统计、频谱、拟合等分析。此外，o r i g i n 软件还能方便地实现用户自定义函数拟合， 6 第一章绪论 能满足特殊要求，在数据处理过程中能简化数据处理难度，。对粘度函数进行拟合， 并通过实验验证，得到可供使用的相关参数。 1 2 4 注塑过程g a e 分析及其模具技术发展状况 1 国内外注塑c a e 软件的发展 注塑成型过程的宏观模拟，是将聚合物熔体视为连续介质，以质量守恒、动量 守恒和能量守恒等物理方程为基础，结合聚合物的各种行为模型来模拟塑料成型加 工中的物理和化学变化，优化成型加工过程，调控产品的结构和性质，帮助实现加 工的自动化控制m ，。注塑成型c a e 技术最先在1 9 6 0 年由t o o r ，b a l l m a n 和c o o p e r m ，采 用数值方法对塑料熔体的充模过程进行了分析。随后，很多研究者对此进行了研究。 自2 0 世纪6 0 年以来注塑成型流动模拟研究一直持续发展，其中具有重大意义工 作的是h i e b e r t ，等对薄壁件模型的模拟研究，将h e l e - s h a w 模型推广到非牛顿流体的 非等温流动过程，提出了广义h e l e - s h a w 模型。 ； 2 0 世纪7 0 年代末c a u s t i n 首次推出注塑成型软件m o l d f l o w ，使注塑成型模拟成 为国际上的研究热点，并伴随有多个商品化软件推出，如美国a c t e c h n o l o g y 公司 的c - m o l d 、澳大利亚m f 公司的m o l d f l o w 、德国i k v 研究所的c a d m o u l d 、美国s d r c 公 司的i - d e a s 系统、台湾科盛科技公司的m o l d e x 3 d 等。进入8 0 年代具有代表性的研究 有如w a n g t 删等在h i e b e r 等人的研究基础上，引入填充因子，并根据节点控制体积的 充填状况更新流动前沿。该方法实现了对任何复杂三维薄壁型腔充模过程流动前沿 的自动跟踪，成为目前大多数c a e 软件所采用的方法。 2 0 世纪8 0 年代初我国开始对高聚物成型过程模拟进行研究，同时在数值算法、 数学建模、前后置处理以及