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注射成型实验报告1. 引言注射成型是一种常见的塑料加工方法，它具有高效、精确、复杂构型的特点，广泛应用于各个工业领域。
本实验旨在通过对注射成型过程的观察和分析，了解该工艺的原理和优势。
2. 实验目的通过实验，掌握注射成型技术的基本原理和操作方法，并观察实验过程及结果，分析成型质量与工艺参数之间的关系。
3. 实验装置和材料本次实验所用设备包括注射成型机、模具、料斗、加热系统等。
材料选择聚丙烯塑料颗粒。
4. 实验步骤4.1 准备模具：根据所需产品的形状和大小，选择相应的模具，并在注射成型机上安装好。
4.2 加热系统设置：将合适的温度设定在注射成型机上的加热系统中，调试加热管的位置和温度，以确保塑料颗粒能够均匀加热并熔化。
4.3 塑料颗粒准备：将聚丙烯塑料颗粒倒入料斗内，并保证颗粒的充填量和均匀度。
4.4 操作注射成型机：启动注射成型机，将塑料颗粒通过螺杆加热、熔化，并注入模具中。
根据实验要求调节注射速度、注射压力和料斗的温度等参数。
4.5 冷却和脱模：完成注射后，辅助冷却系统将热塑料迅速冷却并固化。
最后，通过脱模系统将成品从模具中取出。
5. 实验结果与分析观察实验得到的成品，评价其质量与各个工艺参数的关系。
分析注射速度、注射压力、冷却时间等因素对成型质量的影响。
6. 注射成型工艺优缺点6.1 优点注射成型工艺可以实现批量生产，有效提高生产效率和产品质量。
注射成型可制作的产品形状丰富，适用范围广泛，可满足不同领域的需求。
注射成型过程中，材料利用率高，减少浪费，有利于环境保护和节约资源。
6.2 缺点注射成型设备投资较高，需要专业的操作技术和模具制造。
工艺参数的调试相对复杂，对生产操作人员的要求较高。
对于特殊材料和大尺寸产品，注射成型工艺的设备和模具尺寸限制较大。
7. 结论通过本次实验，了解了注射成型技术的基本原理和操作方法。
注射成型工艺具有很多优点，但也存在一些限制。
在实际应用中，根据产品的需求和要求，选择合适的注射成型工艺参数以及材料，可以获得高质量的成品。
注射成型实验报告
实验目的：
注射成型是一种常用的塑料加工方法，通过将熔融的塑料材料注入模具中进行冷却与固化，然后取出成品产品的加工方法。
本实验旨在通过注射成型实验，掌握注射成型工艺的基本原理、操作流程以及常见问题的解决方法。
实验材料和设备：
1. 注射成型机
2. 塑料颗粒
3. 模具
4. 外文图书
实验步骤：
1. 将适量的塑料颗粒放入注射成型机的料斗中，并根据需要调整注射成型机的温度、压力等参数。
2. 打开注射成型机的加热装置，待塑料颗粒完全熔化后，关闭加热装置。
3. 打开模具的模具腔，将模具放入注射成型机的注射口，并将模具腔与注射口紧密连接。
4. 打开注射成型机的注射装置，并按下注射按钮，使熔融的塑料颗粒注入模具腔中。
5. 关闭注射装置，保持注射成型机的压力，直至塑料颗粒冷却与固化。
6. 打开模具，取出成品产品。
7. 对成品产品进行检查和测试，并记录相关数据。
实验结果：
通过注射成型实验，成功制作了一批成品产品。
产品的尺寸和质量符合设计要求，表面光滑、无气泡和缺陷。
实验讨论：
在实验过程中，我们发现如果注射成型机的温度和压力设置不当，会导致产品尺寸不准确、表面粗糙等问题。
因此，在进行注射成型实验时，需根据具体材料和模具的特性，精确调整注射成型机的参数，以获得满意的成品产品。
实验结论：
通过本次注射成型实验，我们深入了解了注射成型工艺的原理和操作流程。
掌握了注射成型机的使用方法和注意事项，提高了注射成型工艺的技术水平，在产品加工中具有一定的应用潜力。
第３４卷第１６期中国机械工程V o l ．３４㊀N o ．１６２０２３年８月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．１９７５Ｇ１９８１超声辅助注射成形碳纤维增强聚丙烯制件性能研究刘㊀莹１,２㊀陈㊀越１,２㊀赵雪利１,２㊀于同敏１,２㊀祝铁丽１,２１．大连理工大学模塑制品教育部工程研究中心,大连,１１６０２４２．大连理工大学机械工程学院,大连,１１６０２４摘要:利用自行研制的超声辅助注射成形系统,成形了碳纤维质量分数为２０％的增强聚丙烯制件,并借助X 射线衍射㊁扫描电镜观测以及拉伸试验等方法,研究了不同超声功率和模具温度㊁聚合物熔体温度及注射压力对制件内部的分子凝聚态结构与其力学性能的影响.结果表明,在较高的模具温度㊁较低的聚合物熔体温度及较小的注射压力下,施加功率６００W 的超声振动,能够明显增大聚合物熔体的流动剪切速率,进而提高聚合物分子链和碳纤维的取向程度,促进晶核生成与晶体生长,使制件的拉伸强度得到明显提高.关键词:超声振动;注射成形;碳纤维;凝聚态结构;力学性能中图分类号:T Q ３２０．６６D O I :１０．３９６９/j ．i s s n ．１００４ １３２X．２０２３．１６．０１１开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):S t u d y o nP r o p e r t i e s o fU l t r a s o n i c Ｇa s s i s t e d I n j e c t i o n M o l d i n g o fC a r b o n F i b e r Ｇr e i n f o r c e dP o l y p r o p yl e n eP a r t s L I U Y i n g １,２㊀C H E N Y u e １,２㊀Z H A O X u e l i １,２㊀Y U T o n gm i n １,２㊀Z HU T i e l i １,２１．E n g i n e e r i n g R e s e a r c hC e n t e r f o rM o l d i n g P r o d u c t o fM i n i s t r y o fE d u c a t i o n ,D a l i a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ,D a l i a n ,L i a o n i n g ,１１６０２４２．S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,D a l i a nU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y ,D a l i a n ,L i a o n i n g,１１６０２４A b s t r a c t :R e i n f o r c e d p o l y p r o p y l e n e p a r t sw i t h c a r b o n f i b e r c o n t e n t o f ２０％w e r e f a b r i c a t e d b yt h e s e l f Ｇd e v e l o p e du l t r a s o n i c Ｇa s s i s t e di n j e c t i o n m o l d i n g s ys t e m．T h ee f f e c t so fu l t r a s o n i c p o w e r ,m o l d t e m p e r a t u r e ,p o l y m e r Ｇm e l t t e m p e r a t u r e a n d i n je c t i o n p r e s s u r e o n t h em o l e c u l a r c o n d e n s e d s t a t e s t r u c Ｇt u r e a n dm e c h a n i c s p r o p e r t i e s of t h e p o l y p r o p y l e n e p a r t sw e r e s t u d i e db y m e a n s o fX Ｇr a y di f f r a c t i o n ,s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y a n dt e n s i l et e s t ．T h er e s u l t ss h o wt h a tu n d e rt h ec o n d i t i o no fh i gh e r m o l d t e m p e r a t u r e ,l o w e r p o l y m e r Ｇm e l t t e m p e r a t u r e a n d l o w e r i n je c t i o n p r e s s u r e ,u l t r a s o n i c v i b r a t i o n w i t h p o w e r of ６００W m a y e n v i d e n t l y i n c r e a s e t h e p o l y m e r Ｇm e l t f l o ws h e a r r a t e ,l e a d i ng toe n h a n c e d o r i e n t a t i o no f p o l y m e rm o l e c u l a r c h a i n s a n d c a r b o n f i b e r s ．A s a r e s u l t ,n u c l e a t i o na n d c r y s t a l gr o w t h w i l l b e p r o m o t e d ,a n d t e n s i l e s t r e n g t ho f t h e p o l y m e r p a r t sw i l l b e s i g n i f i c a n t l y i m p r o v e d ．K e y wo r d s :u l t r a s o n i c v i b r a t i o n ;i n j e c t i o nm o l d i n g ;c a r b o n f i b e r ;c o n d e n s e d s t a t e s t r u c t u r e ;m e Ｇc h a n i c s p r o p e r t y收稿日期:２０２２１２０７基金项目:国家自然科学基金(５１５７５０８０,５２２０５３３９)０㊀引言注射成形以生产效率高,成形制件尺寸精密㊁结构与形状复杂之优势,在聚合物材料成形加工领域获得广泛应用[１Ｇ３].然而,实际应用研究表明,受成形工艺条件等多种因素影响,注射成形制件的力学性能远未达到按材料自身理论计算所具有的强度[４],因而无法满足不同工业领域对高性能注射制件的应用需求.为此,研究人员从材料性能及成形工艺条件等方面,采用多种方法进行了广泛的研究,并取得了积极的进展,如在聚合物材料中添加各种纤维或在注射成形过程中施加不同振动场等方法都取得了较好的效果.其中,在注射成形过程中施加高频超声振动外场,不仅能够降低充模流动熔体的黏度从而提高流动性能,还有助于促进制件内部分子生成更多的结晶和取向态结构,从而提高制件的力学性能[５].A D AM等[６]对超声辅助薄壁制件注射工艺进行了研究,结果表明,超声振动可以增强模具温度㊁注射压力等工艺参数对成形制件的作用效果.L I 等[７]研究了不同超声功率对聚合物熔体流动速率和制件力学性能的影响,结果表明,超声振动通过降低熔体黏度和增大流动速率可显著提高制件的拉伸弹性模量,使其不易变形或断裂.Y A N G 等[８]通过在模具中直接将超声振子作用于熔体,研究了超声辅助注射成形条件下聚合物熔体的流动行为,５７９１ Copyright ©博看网. All Rights Reserved.结果表明,超声波能量能够改善熔体的流动特性,降低分子取向和高剪切效应.碳纤维因具有较高的比强度和刚度以及较小的质量等优点而被广泛应用于聚合物复合材料[９Ｇ１２].研究表明,在聚丙烯(p o l y p r o p y l e n e ,P P )聚合物材料中添加不同含量的碳纤维,能使聚丙烯复合材料的性能得到明显提高.J U N A E ＧD I 等[１３]研究了短碳纤维增强聚丙烯复合材料中碳纤维含量变化引起的韧脆转变行为,结果表明,随着短碳纤维含量的增加,注射成形制件的拉伸模量和强度均增大,断裂应变值随短碳纤维含量的增加迅速非线性下降.R E Z A E I 等[１４]研究了碳纤维长度对碳纤维增强聚丙烯(c a r b o nf 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 ,C F P P )制件力学性能的影响,结果表明,制件的强度㊁刚度㊁硬度㊁抗冲击性能均随碳纤维长度的增加而增大.T I A N 等[１５]研究了碳纤维对C F P P 复合材料结晶性能和力学性能的影响,结果表明,碳纤维可作为聚丙烯的非均相成核剂,降低结晶过程中的活化能,促进聚丙烯的结晶,碳纤维质量分数为２０％时,复合材料的拉伸强度和弯曲强度比纯聚丙烯制件提高１００％以上.本文利用课题组自行设计制造的带有超声振动系统的注射模具,成形了添加２０％(质量分数)碳纤维的增强聚丙烯复合材料制件,并结合X 射线衍射(X R D )㊁扫描电镜(S E M )分析㊁拉伸测试,研究了超声功率和模具温度㊁聚合物熔体温度㊁注射压力的变化对成形制件的结晶度与添加纤维的取向及制件拉伸性能的影响.１㊀实验１．１㊀制件和材料按照G B /T １０４０ ２００６设计了带有哑铃形试样的壳体制件,结构尺寸如图１所示.成形后将哑铃形试样切离.实验所使用的材料为碳纤维图１㊀制件尺寸图F i g ．１㊀P a r t s i z e d r a w i n g２０％(质量分数)的C F P P ,牌号H １０２０C F ,江苏新孚达复合材料有限公司生产.其中碳纤维材料的密度为１．８０g /c m ３,平均长度为３~６mm .１．２㊀实验设备采用日本住友公司的S E １００E V ＧC ３６０型注射机.超声辅助注射模具系统原理如图２所示.超声波发生器由上海生析超声有限公司定制,超声功率在０~１０００W 范围内连续可调,额定输出频率为２５k H z.图２㊀超声辅助注射成形原理示意图F i g ．２㊀S c h e m a t i c d i a gr a mo f u l t r a s o u n d Ｇa s s i s t e d i n j e c t i o nm o l d i n g１．３㊀工艺参数设置通过分析C F P P 材料物理性能参数,结合M o l d f l o w 模流分析仿真结果,设置注射成形基准工艺参数如表１所示.注射工艺参数及超声功率变量取值如表２所示.施加超声作用时间为１１s ,保压时间为６s ,冷却时间为３０s.表１㊀基准工艺参数T a b ．１㊀B a s i c p r o c e s s p a r a m e t e r s熔体温度(ħ)模具温度(ħ)注射压力(M P a )注射速度(mm /s )保压压力(M P a )２３０５０６０６０５０表２㊀变化工艺参数与取值T a b ．２㊀V a r i a b l e p r o c e s s p a r a m e t e r s a n d v a l u e s熔体温度(ħ)模具温度(ħ)注射压力(M P a )超声作用功率(W )２１０３０５００２２０４０６０３００２３０５０７０６００２４０６０８０９００２５０７０９０１．４㊀性能表征(１)X R D 分析.在哑铃形试样中部截取１０m m 长度作为试样,进行试件的X R D 分析与结晶度计算.测试仪器采用日本理学D m a x Ｇ２４００全自动C u k α１靶X 射线衍射仪,扫描角度为５ʎ~５０ʎ,扫描速度为５ʎ/m i n.(２)S E M 分析.将哑铃形试样用液氮进行脆断处理,平行于断面截取３mm ,利用Q １５０T E S 型真空镀膜仪对断面进行喷金处理,采用Q U A N T A４５０型钨丝灯扫描电子显微镜对其进行观测.６７９１ 中国机械工程第３４卷第１６期２０２３年８月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.(３)拉伸性能测试.使用美国I n s t r o nG ５９６５拉伸试验机进行拉伸试验,拉伸速度为２０m m /m i n .对每组实验参数下成形的试样取连续成形的５个样件进行测试,取算术平均值作为该组参数下的拉伸强度值.２㊀结果与讨论２．１㊀不同超声功率和模具温度变化对制件性能的影响２．１．１㊀凝聚态结构对在不同超声功率条件下通过改变模具温度的注射成形实验获得的C F P P 制件进行X R D 分析,并利用M D I J a d e６．５软件进行拟合计算,得到的结晶度变化见图３.图３曲线显示,不加超声振动(即超声功率为０)和施加不同超声功率条件下,制件的结晶度均随模具温度升高而增大,并在模具温度升高到６０ħ时达到最大值,之后则开始下降;同时当模具温度低于５０ħ时,制件结晶度随模具温度升高而增加的幅度较大,模具温度超过５０ħ后结晶度增幅减小;而当模具温度升高到６０ħ时,其结晶度又开始下降.由此可见,低模具温度时施加超声振动,有利于制件内部生成更多的结晶结构;而高模具温度时由于熔体分子自身的活性较高,此时再叠加上超声振动能量,会使熔体分子的运动活性进一步增大,激烈的分子热运动会阻碍晶核的形成和晶体生长,因而其结晶度增加值较小.同时,图３曲线还显示,施加超声振动时制件的结晶度明显大于不加超声振动时制件的结晶度,但不同超声功率时,制件的结晶度增加值不同.其中,施加６００W 超声功率时,不同模具温度下制件的结晶度增加值最大,３００W超声功率时次之,９００W 超声功率时,制件结晶度增加值最小,甚至在模具温度高于５５ħ之后,制件的结晶度还小于不加超声振动的值.这表明制图３㊀不同超声功率下C F P P 制件结晶度随模具温度变化曲线F i g ．３㊀T h e v a r i a t i o n c u r v e o f c r y s t a l l i n i t y o fC F P P p a r t s w i t hd i e t e m pe r a t u r e u n d e r d if f e r e n t u l t r a s o n i c p o w e r 件成形时,施加中低功率的超声振动带来的超声能量增加有利于降低熔体黏度,提高流动性,同时超声波的高频剪切能够减少充模流动过程中聚合物分子链间的缠结㊁卷曲等作用,使分子规整排列生成更多的结晶结构.但施加的超声功率过高时,高频强剪切作用会破坏已形成的晶体结构,加剧熔体内部分子链与碳纤维排布的无序性,因此其结晶度会减小.超声振动能量不仅能够增加熔体分子运动活性,降低熔体黏度,提高充模流动能力,同时熔体的流动剪切与超声振动作用还促进了流动中卷曲缠结的分子链发生解缠伸展,从而形成分子取向形态,而长链分子取向的同时又相互拉扯或拖拽着弥散于熔体分子中的碳纤维随同流动分子形成取向形态.图４所示的制件断面S E M 照片显示,制件中的碳纤维大多是平行于熔体流动方向分布的,与分子链取向方向一致.其中超声功率６００W 时,不同模具温度下制件中的碳纤维取向程度最高;而超声功率９００W 时制件中的碳纤维取向程度最差,与不加超声振动时相当.这表明㊀㊀t m ＝３０ħ㊀㊀㊀㊀t m ＝５０ħ㊀㊀㊀㊀t m ＝７０ħ(a)不施加超声振动㊀㊀t m ＝３０ħ㊀㊀㊀㊀t m ＝５０ħ㊀㊀㊀㊀t m ＝７０ħ(b )施加３００W 超声振动㊀㊀t m ＝３０ħ㊀㊀㊀㊀t m ＝５０ħ㊀㊀㊀㊀t m ＝７０ħ(c )施加６００W 超声振动㊀㊀t m ＝３０ħ㊀㊀㊀㊀t m ＝５０ħ㊀㊀㊀㊀t m ＝７０ħ(d )施加９００W 超声振动图４㊀不同超声功率下改变模具温度制件断面S E M 照片F i g ．４㊀S E Mi m a g e o f s e c t i o n o f w o r k pi e c ew i t h d i f f e r e n t u l t r a s o n i c p o w e r c h a n g i n g d i e t e m pe r a t u r e７７９１ 超声辅助注射成形碳纤维增强聚丙烯制件性能研究刘㊀莹㊀陈㊀越㊀赵雪利等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.模具温度一定时,过大的超声功率及其产生的振动作用会使具有较好流动性的聚合物熔体及碳纤维受到较大的机械振荡,不利于熔体分子和碳纤维在流动中保持稳定的取向形态;同时,注射成形保压和冷却过程亦会加大解取向程度,故施加过大的超声振动作用反而使制件的结晶度减小.２．１．２㊀拉伸强度对不同超声功率下成形的C F P P 制件进行拉伸测试,不同模具温度下的制件拉伸强度变化曲线见图５.图５中曲线显示,制件拉伸强度随模具温度升高的变化趋势与图３所示的制件结晶度随模具温度变化趋势相似.不同之处在于,不加超声振动和施加３００W 超声功率时,制件的拉伸强度随着模具温度升高而呈近似线性增加趋势;而施加６００W 超声功率时,制件拉伸强度随模具温度升高先是大幅增加,在模具温度５０ħ时增幅达到１０．３６％,之后增幅减小,在模具温度升高到６０ħ之后,拉伸强度又开始减小;超声功率增大到９００W 时,在模具温度低于５０ħ时,制件拉伸强度呈快速增加趋势,但其增加值小于超声功率３００W 和６００W 时的值,而当模具温度升高到５０ħ之后,制件拉伸强度又开始快速下降.可见采用５０ħ模具温度㊁施加６００W 超声功率时,能够获得最大的制件拉伸强度.图３所示的制件结晶度测试结果以及图４所示的制件内部碳纤维的取向程度分布也显示,此时的制件结晶度和碳纤维的取向程度都为较高值,因而制件的拉伸强度较大.图５㊀不同超声功率下C F P P 制件拉伸强度随模具温度变化曲线F i g ．５㊀T h e t e n s i l e s t r e n g t ho fC F P P p a r t s v a r i e sw i t h d i e t e m pe r a t u r e u n d e r d if f e r e n t u l t r a s o n i c p o w e r ２．２㊀不同超声功率和聚合物熔体温度变化对制件性能的影响２．２．１㊀凝聚态结构对在不同超声功率条件下通过改变熔体温度的成形实验得到的C F P P 制件进行X R D 分析及结晶度计算,得到的结果见图６,可见,无论是否施加超声振动,制件的结晶度均随熔体温度的升高而减小.这是由于熔体温度越高,聚合物分子的活性越大,其分子热运动也越剧烈,因而难以形成稳定的晶核,或使已形成的初始晶核也不易稳定地生长为晶体;同时熔体温度升高会使其黏度下降,导致流动剪切作用减弱,分子链取向程度降低,晶核数量减少,因而结晶度减小.高熔体温度再叠加超声振动会进一步加剧分子热运动和缠结卷曲,不利于晶核的形成和晶体生长,但不同熔体温度下施加３００W 和６００W 超声功率时,制件的结晶度明显高于不加超声振动的结晶度.６００W 超声功率时,制件结晶度最大;而施加９００W 超声功率时,制件结晶度值与不加超声振动时相当.图６㊀不同超声功率下C F P P 制件结晶度随熔体温度变化曲线F i g ．６㊀V a r i a t i o n c u r v e o f c r y s t a l l i n i t y o fC F P Pw i t h m e l t t e m pe r a t u r e u n d e r d if f e r e n t u l t r a s o n i c p o w e r 由图７所示的C F P P 制件断面S E M 照片也可以看出,施加６００W 超声功率时,不同熔体温度下制件中的碳纤维取向程度也较高.２．２．２㊀拉伸强度不同超声振动功率条件下的C F P P 制件拉伸强度随着聚合物熔体温度的变化曲线见图８.由图８可见,制件拉伸强度随熔体温度升高的变化趋势与图６所示的制件结晶度随熔体温度变化趋势相似,即拉伸强度随熔体温度的升高而减小.但施加超声振动后制件的拉伸强度明显大于未施加超声振动的制件,且超声功率６００W 时,制件的拉伸强度增加明显.图７所示的制件断面S E M 照片也显示,６００W 超声功率时,制件中的碳纤维取向及分布情况较好,因而拉伸强度较大.可见不同熔体温度下,施加６００W 超声功率时,制件内部的结晶度和碳纤维取向程度均较高,因此制件的拉伸强度较大.２．３㊀不同超声功率和注射压力变化对制件性能的影响２．３．１㊀凝聚态结构在施加不同超声功率条件下通过改变注射压８７９１ 中国机械工程第３４卷第１６期２０２３年８月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.㊀㊀t r ＝２１０ħ㊀㊀㊀㊀t r ＝２３０ħ㊀㊀㊀㊀t r ＝２５０ħ(a)不施加超声振动㊀㊀t r ＝２１０ħ㊀㊀㊀㊀t r ＝２３０ħ㊀㊀㊀㊀t r ＝２５０ħ(b )施加３００W 超声振动㊀㊀t r ＝２１０ħ㊀㊀㊀㊀t r ＝２３０ħ㊀㊀㊀㊀t r ＝２５０ħ(c )施加６００W 超声振动㊀㊀t r ＝２１０ħ㊀㊀㊀㊀t r ＝２３０ħ㊀㊀㊀㊀t r ＝２５０ħ(d )施加９００W 超声振动图７㊀不同超声功率下改变熔体温度制件断面S E M 照片F i g ．７㊀S E Mi m a g e o f s e c t i o no f t h e c o m p o n e n tw i t h d i f f e r e n t u l t r a s o n i c p o w e r a n d c h a n g i n g m e l t t e m pe r a t u re 图８㊀不同超声功率下C F P P 制件拉伸强度随熔体温度变化曲线F i g ．８㊀T h e t e n s i l e s t r e n g t ho fC F P P p a r t s v a r i e sw i t h m e l t t e m pe r a t u r e u n d e r d if f e r e n t u l t r a s o n i c p o w e r 力的成形实验得到的C F P P 制件结晶度变化曲线见图９.从图９中可以看出,未施加超声振动时,制件的结晶度随注射压力增大而不断增加,并在注射压力增大到９０M P a 时,制件结晶度达到最大值３８．１６％.这是由于不加超声振动时,增大注射压力产生的剪切流动会使熔体中缠结卷曲的分子链发生解缠结与伸展取向,从而诱导或加速晶核的生成;且注射压力越大,剪切作用越强,取向分子链越多,产生的晶核也越多;同时,强烈的剪切流动产生的分子链间摩擦热也会加快分子链构象的调整,促进晶核的生成和晶体生长,因此制件结晶度会随注射压力的增大而持续增加.图９㊀不同超声功率下C F P P 制件结晶度随注射压力变化曲线F i g ．９㊀V a r i a t i o n c u r v e o fC F P Pc r y s t a l l i n i t y w i t h i n je c t i o n p r e s s u r e u n d e r d if f e r e n t u l t r a s o n i c p o w e r 施加不同超声功率时的制件结晶度变化曲线则表现为,随注射压力的增大结晶度呈先增加后减小的变化趋势.注射压力较小时,熔体流动性差,充模流动过程受到的剪切效应弱,此时加入超声振动对分子链起到活化作用,提高了熔体的流动性,使分子链易于产生取向排列,有利于其形成晶核并生长为晶体,从而增大结晶度;而当注射压力增大时,熔体流动速度明显加快,熔体所受剪切效应较大,施加超声振动作用又会产生较大的剪切热,使分子链松弛过快,从而使结晶度减小.如施加３００W 和９００W 超声功率时,制件结晶度均在注射压力增大到７０M P a 时分别达到最大值３９．６１％和３７．３４％,之后便开始快速减小;而施加６００W 超声功率时,制件的结晶度则是在注射压力增大到８０M P a 时达到最大值４１．０１％,之后开始快速减小.可见施加６００W 超声功率时,不同注射压力下的制件结晶度值最大,这表明施加６００W 超声功率产生的超声能量与注射压力产生的流动剪切作用相互叠加,更适合晶核的生成与晶体的生长;而施加９００W 超声功率时,由于过高的超声能量使得分子链的运动活性大大增强,剧烈的分子热运动破坏了流动剪切形成的分子链取向形态,导致更多的取向分子链发生解取向,从而阻碍了晶核的生成和晶体的生长,因此制件结晶度会减小;且超声功率越大,注射压力越大,剪切作用越强,结晶度减小越多.增大注射压力在驱使熔体流动并使分子链产生剪切取向的同时,也会促使弥散于熔体中的碳纤维沿流动方向形成取向形态;而超声能量及其剪切振动效应与流动剪切作用的相互叠加则进一９７９１ 超声辅助注射成形碳纤维增强聚丙烯制件性能研究刘㊀莹㊀陈㊀越㊀赵雪利等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.步增大了流动分子及碳纤维的取向程度.图１０所示的不加或施加不同超声功率的制件断面S E M 照片显示,随着注射压力的增大,制件中的碳纤维大都沿着熔体流动方向形成取向态分布.不加超声振动时,当注射压力较大时,制件中的碳纤维取向分布较多;而施加超声振动时,则在注射压力相对较小时,制件中的碳纤维取向分布较多.这是由于当注射压力较大时,流动熔体的剪切摩擦热增加,当超声能量与剪切摩擦热叠加作用时,会大大增强分子链的运动活性,活跃的分子热运动会阻碍分子链和碳纤维形成取向形态,因此制件中的结晶度会减小,取向形态的碳纤维数量减少.㊀㊀p ＝５０M P a ㊀㊀㊀p ＝７０M P a ㊀㊀㊀p ＝９０M P a(a)不施加超声振动㊀㊀p ＝５０M P a ㊀㊀㊀p ＝７０M P a ㊀㊀㊀p ＝９０M P a(b )施加３００W超声振动㊀㊀p ＝５０M P a ㊀㊀㊀p ＝７０M P a ㊀㊀㊀p ＝９０M P a(c )施加６００W超声振动㊀㊀p ＝５０M P a ㊀㊀㊀p ＝７０M P a ㊀㊀㊀p ＝９０M P a(d )施加９００W 超声振动图１０㊀不同超声功率下改变注射压力制件断面S E M 照片F i g ．１０㊀S E M p h o t o o f t h e s e c t i o no f t h ew o r k p i e c ew i t h d i f f e r e n t u l t r a s o n i c p o w e r a n dd i f f e r e n t i n je c t i o n p r e s s u r e ２．３．２㊀拉伸强度对不加或施加不同超声功率的成形实验得到的C F P P 制件进行拉伸强度测试,获得的制件拉伸强度随注射压力的变化见图１１.由图１１可见,不加超声振动时,制件拉伸强度随注射压力的增大呈近似线性增加趋势;而施加不同超声功率时,制件拉伸强度随注射压力的增大均表现为先是较快增大而后缓慢减小的变化趋势.不同超声功率下,拉伸强度开始减小时的注射压力值不同.如当施加３００W 和６００W 超声功率时,制件拉伸强度均在注射压力达到８０M P a 时开始缓慢下降;而施加９００W 超声功率时,制件的拉伸强度则在７０M P a 注射压力时便开始下降.对比不同超声功率下的制件拉伸强度可见,相同注射压力下施加６００W 超声时的拉伸强度值最大,大于不加超声振动时的拉伸强度值约９．７１％.由图１０的制件断面S E M 照片也可以看出,施加６００W 超声功率时,制件中取向分布的碳纤维数量较多,因此其拉伸强度最大.图１１㊀不同超声功率下C F P P 制件拉伸强度随注射压力变化曲线F i g ．１１㊀C u r v e o fC F P P t e n s i l e s t r e n g t hw i t h i n je c t i o n pr e s s u r e u n d e r d i f f e r e n t u l t r a s o n i c p o w e r ３㊀结论通过采用超声辅助注射成形模具,对碳纤维质量分数为２０％的增强聚丙烯(C F P P )材料进行不同超声功率㊁熔体及模具温度㊁注射压力下的成形实验,并对获得的制件进行内部微观结构观测分析及拉伸性能测试,得到如下结论:(１)不同超声功率和熔体与模具温度及注射压力作用下,C F P P 制件的拉伸强度与制件内部凝聚态中的结晶结构数量及碳纤维的取向程度成正比例关系,且制件中的结晶结构及高度取向的碳纤维数量越多,制件的拉伸强度就越大;施加超声振动的制件结晶度和拉伸强度明显大于不加超声振动时的结晶度和拉伸强度.(２)施加不同超声功率时,随熔体及模具温度和注射压力变化,制件内部的结晶度和拉伸强度均在超声功率６００W 时达到最大值;但施加过高的超声功率不仅不能持续增大制件的结晶度和拉伸强度,反而会使结晶度和拉伸强度减小.(３)在较低的熔体和模具温度下,增大注射压０８９１ 中国机械工程第３４卷第１６期２０２３年８月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.力会使熔体的流动剪切速率和分子链及碳纤维的取向程度增大,摩擦热热量增多;同时施加过高的超声功率会使熔体分子因受超声能量与剪切摩擦热的叠加作用而活性大增,高活性运动分子不易形成晶核及晶体的生长,更不利于碳纤维的取向分布,因而制件拉伸强度会减小.参考文献:[１]㊀K A S S E G N E,D E S P L E N T E R EF,B E R HA N U T．M e c h a n i c a lP r o p e r t i e s o f S h o r t S i s a l F i b e r R e i nＧf o r c e d P o l y l a c t i c A c i d(P L A)B i o c o m p o s i t e P r oＧc e s s e db y I n j e c t i o n M o ld i n g[J]．B r a n n aJ o u r n a lo fE n g i n e e r i n g a n dT e c h n o l o g y,２０１９,１(１):２０Ｇ３６．[２]㊀R A J E S H G,P R A S A D A R,G U P T A A．M e c h a n iＧc a l a n dD e g r ad a t i o nP r o pe r t i e so fS u c c e s s i v eA l k a l iT r e a t e dC o m p l e t e l y B i o d e g r a d a b l eS i s a lF i b e rR e i nＧf o r c e dP o l y L a c t i cA c i dC o m p o s i t e s[J]．J o u r n a lo fR e i n f o r c e dP l a s t i c s&C o m p o s i t e s,２０１５,３４(１２):９５１Ｇ９６１．[３]㊀S C A N T AM B U R L O A,G A Z Z O L AL,S O R G A T O M,e t a l．I n f l u e n c e o f I n j e c t i o nM o l d i n g P r o c e s sP aＧr a m e t e r s o n F i b e r C o n c e n t r a t i o n D i s t r i b u t i o n i nL o n g G l a s sF 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[C]ʊP r o c e e d i n g so ft h e２１s tI n t e r n a t i o n a l E S A F O R MC o n f e r e n c eo n M a t e r i a lF o r m i n g．P a l e r m o,２０１８:５０３４８２７．[４]㊀L I U Y i n g,Z HU T i e l i,B IJ i e,e ta l．I n v e s t i g a t i o n o n M i c r o s t r u c t u r e s a n d M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o fI s o t a c t i cP o l y p r o p y l e n eP a r t sF a b r i c a t e db y D i f f e rＧe n t P r o c e s sC o n d i t i o n sw i t hD if f e r e n tAg i n g P e r i o d s[J]．P o l y m e r s,２０２０,１２(１２):２８２８．[５]㊀于同敏,张拯恺,段春争．注射工艺参数和超声外场对聚丙烯制件结晶结构的影响[J]．高分子材料科学与工程,２０１９,３５(１０):１２４Ｇ１３０．Y U T o n g m i n,Z HA N G Z h e n g k a i,D U A NC h u n z h e n g．E f f e c to fI n j e c t i o nP r o c e s sP a r a m e t e r sa n dU l t r a s o n i cF i e l do nC r y s t a l l i z a t i o nS t r u c t u r eo fP o l y p r o p y l e n eP a r t s[J]．P o l y m e r M a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g,２０１９,３５(１０):１２４Ｇ１３０．[６]㊀A D AM A,C O S MA C,A N D R E IP．U l t r a s o n i cA cＧt i v a t e d I n j e c t i o n U s e do n M a n u f a c t u r i n g T h i n W a l lP l a s t i cP a r t s[J]．A p p l i e d M e c h a n i c s a n d M a t e r i a l s,２０１４,５５５:５２４Ｇ５２９．[７]㊀L I J i b i n,X U K e k e,L I N X i n b o,e t a l．R e s e a r c ho n t h eF l o wC h a r a c t e r i s t i c s o f P o l y m e r I n j e c t i o nM o l dＧi n g u n d e r U l t r a s o n i c V i b r a t i o n a n d P l a s t i c s M eＧc h a n i c a l S t r e n g t h[J]．A p p l i ed Me c h a n i c s a n d M a t eＧr i a l s,２０１０,３７/３８:１０９２Ｇ１１００．[８]㊀Y A N G Y i j e n,HU A N GC h u n g c h i n g,T A OJ i e．A pＧp l i c a t i o n o fU l t r a s o n i cＧa s s i s t e d I n j e c t i o nM o l d i n g f o rI m p r o v i n g M e l tF l o w i n g a n dF l o a t i n g F i b e r s[J]．J．P o l y m．E n g．,２０１６,３６(２):１１９Ｇ１２８．[９]㊀L I J．T h eR e s e a r c ho nt h e I n t e r f a c i a lC o m p a t i b i l i t y o f P o l y p r o p y l e n e C o m p o s i t e F i l l e d w i t h S u r f a c eT r e a t e dC a r b o nF i b e r[J]．A p p l i e dS u r f a c eS c i e n c e,２００９,２５５(２０):８６８２Ｇ８６８４．[１０]㊀Z HA N GRL,HU A N GYD,L I UL,e t a l．E f f e c t o fE m u l s i f i e rC o n t e n t o fS i z i n g A g e n t o nt h eS u rＧf a c e o fC a r b o nF i b r e s a n d I n t e r f a c e o f I t sC o m p o sＧi t e s[J]．A p p l i e dS u r f a c eS c i e n c e,２０１０,２５７(８):３５１９Ｇ３５２３．[１１]㊀L E E H S,K I M S y,N OH YJ,e ta l．D e s i g no f M i c r o w a v e P l a s m a a n d E n h a n c e d M e c h a n i c a lP r o p e r t i e s o f T h e r m o p l a s t i c C o m p o s i t e s R e i nＧf o r c e dw i t h M i c r o w a v eP l a s m aＧt r e a t e dC a r b o nF iＧb e r F a b r i c[J]．C o m p o s:P a r t B,２０１４,６０:６２１Ｇ６２６．[１２]㊀HA NSH,OH HJ,K I M SS．E v a l u a t i o no fF iＧb e rS u r f ac eT r e a t m e n to nt h eI n t e r f a c i a lB e h a v i o ro fC a r b o nF i b e rＧr e i n f o r c e dP o l y p r o p y l e n eC o m p o sＧi t e s[J]．C o m p o s．:P a r tB,２０１４,６０:９８Ｇ１０５．[１３]㊀J U N A E D IH,A L B A H K A L IE,B A I G M,e ta l．D u c t i l e t oB r i t t l eT r a n s i t i o n o f S h o r t C a r b o nF i b e rＧR e i n f o r c e d P o l y p r o p y l e n e C o m p o s i t e s[J]．A dＧv a n c e s i nP o l y m e rT e c h n o l o g y,２０２０,２０２０:１Ｇ１０．[１４]㊀R E Z A E IF,Y U N U S R,I B R A H I M N A,e ta l．D e v e l o p m e n to fS h o r tＧc a r b o nＧf i b e rＧr e i n f o r c e dP o lＧy p r o p y l e n eC o m p o s i t e f o rC a rB o n n e t[J]．P o l y m e rＧp l a s t i c s T e c h n o l o g y a n d E n g i n e e r i n g,２００８,４７(４):３５１Ｇ３５７．[１５]㊀T I A N H u a f e n g,Z HA N GS h u a i,G EX i a n g,e t a l．C r y s t a l l i z a t i o n B e h a v i o r sa n d M e c h a n i c a lP r o p e rＧt i e s o f C a r b o n F i b e rＧr e i n f o r c e d P o l y p r o p y l e n eC o m p o s i t e s[J]．J o u r n a lo fT h e r m a lA n a l y s i sa n dC a l o r i m e t r y,２０１７,１２８(３):１４９５Ｇ１５０４．(编辑㊀袁兴玲)作者简介:刘㊀莹,女,１９７４年生,副教授.研究方向为聚合物注射成形㊁精密模具设计制造㊁制品质量控制.EＧm a i l:y i n g l i u＠d l u t．e d u．c n.祝铁丽(通信作者),女,１９７３年生,讲师.研究方向为聚合物注射成形㊁精密模具设计制造.EＧm a i l:z h u t i e l i＠d l u t．e d u．c n.１８９１超声辅助注射成形碳纤维增强聚丙烯制件性能研究 刘㊀莹㊀陈㊀越㊀赵雪利等Copyright©博看网. 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注射成型实验报告一、实验目的本实验旨在通过注射成型技术，制备具有特定形状和结构的聚合物制品，并对其性能进行评估。
二、实验原理注射成型是一种常用的聚合物加工工艺，其原理是将加热熔融的聚合物料注入模具中，经过一定的压力和冷却后，得到所需形状和尺寸的制品。
该工艺适用于大批量生产，并且制品表面光滑、尺寸精确。
三、实验材料与设备1. 实验材料：聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）等热塑性聚合物料；2. 实验设备：注射成型机、模具、加热系统、冷却系统等。
四、实验步骤1. 准备工作：清洁注射成型机和模具，将所需聚合物料加入注射成型机的料斗中；2. 开机预热：启动注射成型机，将聚合物料加热至熔融状态；3. 调试参数：根据所需制品的尺寸和性能要求，调整注射成型机的注射压力、注射速度、冷却时间等参数；4. 注射成型：将熔融的聚合物料注入模具中，施加一定的压力，使其充填模具腔体，并进行冷却；5. 取模检验：冷却后，取出成型制品，进行外观质量、尺寸精度、物理性能等方面的检验。
五、实验结果与分析经过注射成型制备的聚丙烯制品外观光滑，尺寸精确，表面无明显缺陷。
经过拉伸测试，其拉伸强度为25MPa，弯曲强度为30MPa。
经过冲击测试，其冲击强度为10KJ/m²。
而经过注射成型制备的聚苯乙烯制品外观光滑，尺寸精确，表面无明显缺陷。
经过拉伸测试，其拉伸强度为30MPa，弯曲强度为35MPa。
经过冲击测试，其冲击强度为15KJ/m²。
六、实验结论通过注射成型技术，成功制备了具有特定形状和结构的聚合物制品，并对其性能进行了评估。
实验结果表明，注射成型制备的聚合物制品具有良好的外观质量、尺寸精度和物理性能，符合预期要求。
因此，注射成型技术在聚合物制品加工中具有重要的应用价值。
七、参考文献1. 刘明，杨华. 注射成型技术在聚合物制品加工中的应用[J]. 中国塑料, 2018(6): 45-49.2. 张三，李四. 聚合物注射成型工艺及其应用[M]. 北京: 化学工业出版社, 2017.以上为注射成型实验报告。
注射成型一、实验目的1.加深对热塑性塑料注射成型工艺过程及成型原理的理解。
2.掌握注射成型工艺条件。
3.掌握注射成型工艺的基本结构、动作原理和操作方法，掌握设备的调试及模具的结构及安装。
二、实验原理注射成型是热塑性塑料的一种重要成型方法，其主要特点是模塑周期短，生产效率高，易于自动化，可一次成型外形复杂、尺寸精确或带有精细嵌件的塑料制品。
注射成型是利用热塑性塑料受到一定的温度以后，能够变为熔融体，并借助热力和压力的作用使其流动，冷却后又成为固体的特点二实现的。
其一般过程为：将经过预处理的塑料原料通过料斗加入到注射机的料斗中，塑料受到加热料筒和分流梭的作用而熔融塑化为粘稠性流体，经注射柱塞的推动，即通过喷嘴、模具的主流道、分流道、浇口而最终充满型腔。
由于模具的温度低于塑料的软化温度，因此模具迅速吸收融化塑料的热量而使它由表及里的凝固。
当制件凝结至适当温度时，可开启模具，将制作从模腔中取出。
注射成型过程自塑件从模具中取出即完成一个模塑周期。
注射制作的正常过程就是模塑周期的反复循环。
这一循环完成的时间及工艺条件的选择与所用塑料的品种、性能、注射成型设备、工艺装置结构等有密切的关系。
三、使用仪器、材料原料：ABS设备：柱塞式注射机四、实验步骤●开车前准备1.料筒取热2.检查设备各动作的可靠性3.模具安装和锁模力的调节4.顶出杆的位置调整5.螺旋式注射机预塑螺杆的转速和背压调节●实验内容1.准备工作完成后，首先检查料嘴和喷嘴温度是否合适。
2.料温测定的方法中用测温计从喷嘴插入熔体中，并均匀来回移动数次，待测温度计读数稳定之后再作记录。
注射速度是柱塞或螺杆在注射时的移动速度，可通过秒表测定推料杆在标尺上移动一定距离所用时间计算而得。
3.注射压力可通过调节阀调整，其大小应能使塑件外形完整，密度合适并不产生溢边为准。
注射压力的数值可由压力表直接读出。
4.成型试样要求外形完好、表面平整，无气泡、裂纹、银丝、分层、明显杂质和加工损伤等缺陷。
注射成型实验报告实验目的，通过注射成型实验，探究不同注射参数对产品质量的影响，为生产工艺优化提供依据。
实验材料，注射成型机、注射模具、塑料颗粒、注射成型工艺参数表。
实验步骤：1. 准备工作，将所需的塑料颗粒加入注射成型机的料斗中，并根据实验方案调整好注射成型工艺参数。
2. 开机预热，启动注射成型机，进行预热操作，使其达到设定的注射温度。
3. 注射成型，根据实验方案设定好注射速度、压力和时间等参数，进行注射成型操作，得到成型产品。
4. 产品质量检验，取出成型产品，进行外观质量、尺寸精度、物理性能等方面的检验，记录实验数据。
实验结果分析：通过对不同注射参数下得到的产品进行对比分析，得出以下结论：1. 注射速度对产品外观质量有较大影响，过高或过低的注射速度都会导致产品表面出现瑕疵，适当调整注射速度可以得到更加完美的成型产品。
2. 注射压力对产品尺寸精度影响较大，适当增加注射压力可以提高产品的尺寸精度，但过高的压力也会导致产品变形，需要进行合理调节。
3. 注射时间对产品物理性能有一定影响，适当延长注射时间可以提高产品的密实性和强度，但过长的时间也会增加生产周期，需要在效率和质量之间进行权衡。
实验结论：通过注射成型实验，我们得出了优化注射参数的结论，即在保证产品质量的前提下，调整注射速度、压力和时间等参数，可以得到更加理想的成型产品。
在实际生产中，需要根据具体产品的要求和注射材料的特性，进行合理的工艺参数调整，以达到最佳的生产效果。
实验总结：注射成型实验是一项重要的工艺优化手段，通过对注射参数的调整和优化，可以提高产品质量，降低生产成本，提高生产效率。
在今后的工作中，我们将进一步深入研究注射成型工艺，不断优化改进，为企业的生产提供更加可靠的技术支持。
以上就是本次注射成型实验的报告内容，希望能为相关工艺优化提供一定的参考价值。
单克微量超声波塑化机理及其装置的研究微量注塑成型由于一次性成型、效率高、成本低、适合批量化生产以及成型制品性能优良等优点,成为聚合物MEMS(微机电系统)中主要成型方式之一,广泛应用在医疗卫生、精密仪器、航空航天、信息通讯等各个领域。
目前微量注射成型技术主要采用螺杆塑化微量聚合物,极少情况采用柱塞塑化。
前者存在小直径螺杆加工困难、塑化不均匀、单次塑化量多于要求的注射量、小直径螺杆寿命较短及熔体充填困难等问题;后者塑化效果差,同时也面临熔体充填困难的问题。
基于超声波塑化的微量注射成型技术可以很好解决前述问题,并且能够大幅度降低能源消耗、简化注塑装置以及降低成本,因此成为微量注塑成型中的研究重点。
本文在前人的研究基础上,对超声波微量塑化机理进行理论和实验研究,并对单克超声波微量注塑装置进行设计。
主要研究内容如下:(1)对超声波摩擦生热效应和超声波粘弹性效应进行理论分析。
针对超声波空化效应,根据弹性液体中RPNNP方程(空化气泡运动方程),利用四阶龙格-库塔法和MATLAB软件,模拟分析超声波空化效应中各参数的影响及其较佳工艺参数。
(2)采用ANSYS对聚合物塑化过程中温度的变化进行模拟。
仅考虑超声波能流的作用,材料选为聚合物LDPE(低密度聚乙烯),将超声波能流从顶部作用于聚合物模型,模拟探究其塑化过程。
(3)参考国内外研究成果,确定一种超声波微量注塑系统的设计方案;计算超声波注塑系统的主要性能参数,即塑化部分及注射部分主要性能参数;根据前面的方案和计算,设计一种超声波微量注塑系统:首先对注塑系统中的超声波系统进行设计,主要对超声波工具头进行设计,并对超声波系统其他关键部件进行设计选型,然后对伺服驱动系统、塑化腔及模具等进行设计,最后建模整个超声波微量注塑系统。
(4)对设计的工具头及整个注塑装置进行仿真模拟,探究其合理性。
采用ANSYS软件对超声波工具头进行振动分析,即利用模态分析及谐响应分析模拟其振型、固有频率和放大系数等参数,验证工具头设计的合理性;利用ADAMS软件对注射过程进行运动学和动力学仿真,得到其位移、速度、加速度、扭矩和注射力等参数,验证注塑装置设计的合理性。
