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超声波对材料性能的影响研究超声波作为一种常见的物理现象和技术手段，具有广泛的应用领域，在工程和科学领域中得到了广泛的关注和研究。
超声波的频率范围通常介于20 kHz到100 MHz之间。
对于材料科学领域而言，超声波对材料性能的影响研究已成为一个热门话题。
超声波在材料中的传播会引起材料微观结构、力学性质和化学反应的变化，因此对材料性能的影响具有一定的潜力。
首先，超声波的传播会导致材料中的晶体结构发生变化。
通过超声波的作用，晶格中的原子和分子会发生位移和形变，从而影响材料的晶体结构和晶粒尺寸。
这种变化对于材料的力学性能和热学特性具有重要意义。
其次，超声波还可以改变材料的力学性能。
超声波的传播会引起材料局部的应力和应变变化，从而影响材料的硬度、强度和韧性等力学性能。
研究人员可以利用超声波技术来实现材料的强化和塑性变形，从而改善材料的力学性能。
另外，超声波对材料的化学反应也有影响。
超声波的传播会产生剧烈的机械振动，从而增加材料表面和界面的活性。
这种机械振动可以促进化学反应的进行，提高反应速率和反应效率。
因此，超声波技术在催化剂制备、材料表面处理、有机合成等化学领域具有重要应用前景。
超声波对材料性能的影响还与超声波参数的选择密切相关。
首先，超声波的频率对材料的响应有着重要影响。
不同频率的超声波引起的材料性能变化也不同。
例如，低频超声波通常导致材料的塑性变形，而高频超声波更容易产生材料的热效应和化学反应。
其次，超声波的振幅和功率也对材料的影响有一定程度的影响。
过高的振幅或功率可能引起材料的破坏或不可逆变化。
因此，在超声波处理过程中需要根据具体的材料和应用需求选择合适的超声波参数。
在实际应用中，超声波技术已广泛应用于材料加工和改性领域。
例如，通过超声波振动可以实现金属焊接和合金熔化等加工过程，也可以用于纳米材料的制备和涂层的加工。
此外，超声波还可以用于材料的清洗、降解和改性。
通过超声波技术，可以提高材料的质量和性能，并实现材料在工程和科学领域中的创新应用。
塑料收缩率及其影响因素热塑性塑料的特性是在加热后膨胀,冷却后收缩.当然加压后体积也将缩小.在注塑成型过程中,首先将熔融塑料注射入模具型腔内,充填结束后熔料冷却固化,从模具中取出塑件时即出现收缩,此收缩称为成型收缩.塑件从模具取出到稳定这段时间内,尺寸仍会出现微小的变化,一种变化是继续收缩.另一种变化是某些吸湿性塑料因吸湿而出现膨胀,但是其中起主要作用的是成型收缩。
塑件形状对于成型件壁厚来说,一般由于厚壁的冷却时间较长,因而收缩率也较大.对于一般塑件来说,当沿熔料方向尺寸与垂直于熔料流动方向尺寸的差异较大时,则收缩率差异也较大.从熔料流动距离来看,远离浇口部分的压力损失大,因而该处的收缩率也比靠近浇口部位大.因加强筋、孔、凸台和雕刻等形状具有收缩抗力，因而这些部位的收缩率较小。
模具结构浇口形式对收缩率也有影响。
用小浇口时，因保压结束之前浇口即固化而使塑件的收缩率增大。
注塑模具中的冷却回路结构也是模具设计中的一个关键。
冷却回路设计不当，则因塑件各处温度不均衡而产生收缩差，其结果是使塑件尺寸差或变形。
在薄壁部分，模具温度分布对收缩率的影响则更为明显。
成行条件料筒温度：料筒温度较高时，压力传递较好而使收缩力减小。
但用小浇口时，因浇口固化早而使收缩率仍较大。
对于壁厚塑件来说，即使筒温度较高，其收缩率仍较大。
补料：在成型条件中，尽量减少补料以使塑件尺寸保持稳定。
但补料不足则无法保持压力，也会使收缩率增大。
注射压力：注射压力是对收缩率影响较大的因素，特别是充填结束后的保压压力。
在一般情况下，压力较大时候因材料的密度大，收缩率就较小。
注射速度：注射速度对收缩率的影响较小。
但对于薄壁塑件或浇口非常小，以及使用强化材料时，注射速度加快则收缩率小。
模具温度：通常模具温度较高时收缩率也较大。
但对于薄壁塑件，模具温度高则熔料的流动抗阻小，进而收缩率反而较小。
成型周期：成型周期与收缩率无直接关系。
但需注意，当加快成型周期时，模具温度、熔料温度等必然也发生变化，从而影响收缩率的变化。
超声作用对聚苯乙烯和聚丙烯以及聚丙烯共混填充体系结构与性能影响的研究采用超声-挤出装置对非晶聚合物PS、结晶聚合物PP的挤出加工性能、结构及物理性能进行了深入的研究,讨论了超声波对聚合物熔体粘弹行为的影响。
在对PS和PP熔体进行流变分析和采用正电子湮灭、红外二向色性、GPC及热分析等方法对其凝聚态分子结构进行表征的基础上提出了超声辐照对聚合物熔体的降粘机理。
研究了PP共混、填充体系在超声辐照下的挤出加工性能,采用形貌分析、图像扫描、动态流变及动态力学等分析测试方法研究了超声辐照下聚丙烯共混、填充体系形态结构的演变和响应,以及结构与物理性能的关系。
超声辐照显著降低了聚苯乙烯、聚丙烯在挤出加工过程中的表观粘度和挤出压力,提高了挤出产量,推迟了熔体挤出过程中不稳流动的发生,降低了挤出物的离模膨胀比。
超声辐照同样能够降低聚丙烯填充、共混体系的挤出表观粘度,解决了因混入高粘组分或填料而导致的加工流动困难的问题。
在口模入口处叠加超声振动,扰乱、改变了聚合物熔体的入口收敛流动,减小了因分子取向而引起的弹性损耗;微观上超声波又对聚合物熔体的粘弹性产生影响,使熔体在流动过程中的弹性形变减小,松弛时间变短,粘滞阻力降低,导致口模压力在超声作用下大幅度降低,表观粘度因此降低。
超声辐照使PS熔体的粘度对剪切速率的敏感性降低。
熔体粘度随超声功率的增大以指数方式降低。
超声振动场与剪切应力场都能促使分子链缠结网络解缠结,从而使聚合物熔体流动性增加。
二者协同作用,并具有等效性。
超声振动使PS的自由体积增大,熔体内部结构更加松散,分子链之间相互缠结作用减弱,分子链更加自由。
随超声辐照功率的增大,PP的平均分子量度降低,分子量分布呈现出变窄的趋势。
红外二向色性分析显示超声辐照使PP分子链在流动方向的取向程度减小,结晶度降低。
<WP=7>超声辐照对聚合物熔体的作用机理:(1)宏观上,纵向振动场叠加于同向剪切流动场,促进熔体更加积极地整体沿流动方向运动。
聚乙烯的收缩率
聚乙烯这种塑料在加工过程中，在受热条件下很容易收缩变形，这种现象被称为聚乙烯收缩率。
聚乙烯收缩率影响因素主要有三个：原料质量、生产工艺和环境条件。
其中原料质量是决定收缩率的重要因素之一，好的原料质量能够降低收缩率。
生产工艺也对收缩率有影响，不同的生产工艺和生产设备对收缩率也有不同的影响。
环境条件对收缩率也有影响，如温度、湿度等。
聚乙烯收缩率的大小与原材料的分子结构以及加工温度有关。
一般来说，聚乙烯的收缩率约为1%~3%左右，但在高温情况下，它可能会达到5%以上。
为了减少聚乙烯的收缩率，可以采取以下措施：优化原料质量、优化生产工艺、控制加工温度以及增加冷却时间等。
通过这些措施，可以有效降低聚乙烯的收缩率，提高产品质量和生产效率。
- 1 -。
研究超声波对材料的影响随着科技的不断发展，超声波逐渐被应用在各个领域，其中之一就是材料研究。
超声波作为一种高频声波，其频率通常在20kHz以上，其具有穿透力强、非破坏性等特点，因此被广泛地应用于材料的检测、加工、改性等研究领域。
本文将从超声波的基本原理、超声波在材料研究中的应用以及超声波对材料的影响等方面进行探讨。
一、超声波的基本原理超声波是指声波的频率超过20kHz的部分，与可听声波相比，其波长更短、频率更高。
超声波的传播速度在空气中约为340m/s，但在固体材料中传播速度要远高于此，甚至可达到千米每秒的级别。
其穿透深度与频率成反比例关系，频率越高，穿透深度越浅。
超声波在材料研究中的应用超声波可以用于材料的检测、加工、改性等方面。
其中最常见的应用是超声波无损检测技术。
通过将超声波作用于被检测材料上，探测材料中的缺陷、裂纹、气孔等问题。
此外，超声波还可以用来改善材料的物理性质，例如在焊接时使用超声波对焊接点进行焊接，通过在材料内部产生震动，使得两个焊接点之间形成密合性更好的结合。
超声波对材料的影响超声波的振动作用可以影响材料结构和性能，主要表现为以下四个方面：1、强化金属材料强度超声波可以改善金属晶界、晶粒尺寸等性质，从而提高金属的强度和硬度。
研究表明，超声波淬火处理后的铝材，其强度、延展性等物理性能均得到增强。
2、改善塑性材料的研磨效率超声波可以在研磨时产生震动，从而提高材料的研磨效率。
研究结果表明，在超声波辅助下进行研磨，具有更短的研磨时间、更高的研磨精度和更低的研磨力。
3、降低塑性材料的冷加工硬化超声波可以削弱材料的冷加工硬化，从而降低材料变形所需的力量。
研究表明，超声波循环拉伸处理能够有效地使铝材中的冷加工硬化程度得到降低。
4、改善电极材料的性能超声波可以改善电极材料的结构和表面特性。
例如，在超声波辅助下进行酸洗，可以使电极材料表面得到更好的清洁，从而提高电极的性能。
总之，超声波已经成为材料研究领域中不可缺少的工具。
超声法表征高密度聚乙烯的PVT和熔融过程
赵洋;王克俭
【期刊名称】《高分子材料科学与工程》
【年(卷),期】2012(28)11
【摘要】采用研制的压力-体积-温度(PVT)-超声波同步检测装置,表征了高密度聚乙烯的超声波传递特性和比容。
实验表明,检测超声波信号的衰减系数和声速能够连续分析高密度聚乙烯(HDPE)的熔融过程、熔点和固熔两态PVT。
进一步,对声速和比容实验数据直接拟合及分析得出三组定量二者关系的方程(组),均能很好地描述声速和比容之间的函数关系,这为在线检测提供了理论依据,可分析压力对材料热学性能、绝热压缩性的影响。
【总页数】4页(P121-124)
【关键词】超声波;压力-体积-温度;同步检测;高密度聚乙烯
【作者】赵洋;王克俭
【作者单位】北京化工大学塑料机械及工程研究所有机无机复合材料国家重点实验室,北京100029
【正文语种】中文
【中图分类】TB551
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超声振动对高密度聚乙烯收缩特性的影响于同敏, 祝思龙, 包成, 黄晓超( XX理工大学精密与特种加工教育部重点实验室, XXXX116024)摘要: 针对材料收缩率这一影响精密注塑制品尺寸精度的关键因素, 以中间有两个长孔的平板型塑件为对象,设计制作了一套带有超声振动系统的精密注塑模具, 在精密注塑机上进行了施加和未加超声振动的成型实验; 并借助X 射线衍射分析, 研究了不同超声参数作用对收缩率较大的高密度聚乙烯( HDPE) 试件收缩率变化的影响关系及其微观作用机理。
结果显示, 与未加超声振动的试件相比, 超声振动能明显降低HDPE 材料的收缩率, 最高降幅可达16. 13%。
由此表明, 注塑成型过程中施加超声振动, 能够有效控制制件的收缩率。
关键词: 超声振动; 精密注塑成型; 高密度聚乙烯; 收缩率精密注塑制品因其尺寸精度高、力学性能好等诸多优点, 在现代工业产品中被广泛应用。
但精密制品成型时的材料收缩特性一直是制约其尺寸精度进一步提高的主要障碍。
对此国内外学者虽已进行过大量研究, 但到目前为止, 大多是采用传统的数值模拟和成型实验方法, 即通过优化不同工艺参数组合来达到提高精密制品尺寸精度的目的。
但对于成型收缩率X围较大的材料, 通过调整工艺参数来获得精密注塑制品往往效果有限。
本文以带有两个长方形孔的平板型塑件为对象, 设计制造了带有超声振动系统的精密注塑模具, 实验研究了超声外场作用对收缩率较大的高密度聚乙烯材料成型收缩的影响规律, 旨在为精密制品的注塑成型提供一种新的方法。
1 实验部分1. 1 实验对象平板型塑件如Fig. 1 所示, 其长、宽和厚度尺寸分别为80mm 50mm 1mm。
塑件中间带有两个长为40mm, 宽为4mm 的长方形通孔。
成型实验时超声波振动方向与注射熔体的充模流动方向平行, 如图中箭头所示。
1. 2 实验材料实验材料选用XXXX石化XX生产的HDPE-PD5070EA 型高密度聚乙烯, 密度为0. 954 g/ cm3~ 0. 962 g/ cm3, 结晶度可达65% ~ 85%, 软化点温度为125 e ~ 135 e , 成型收缩率X围1. 5%~3. 6% , 熔融指数为6. 1 g/ 10min~ 8. 0 g / 10min。
超声振动对高密度聚乙烯收缩特性的影响于同敏, 祝思龙, 包成, 黄晓超( XX理工大学精密与特种加工教育部重点实验室, XXXX116024)摘要: 针对材料收缩率这一影响精密注塑制品尺寸精度的关键因素, 以中间有两个长孔的平板型塑件为对象,设计制作了一套带有超声振动系统的精密注塑模具, 在精密注塑机上进行了施加和未加超声振动的成型实验; 并借助X 射线衍射分析, 研究了不同超声参数作用对收缩率较大的高密度聚乙烯( HDPE) 试件收缩率变化的影响关系及其微观作用机理。
结果显示, 与未加超声振动的试件相比, 超声振动能明显降低HDPE 材料的收缩率, 最高降幅可达16. 13%。
由此表明, 注塑成型过程中施加超声振动, 能够有效控制制件的收缩率。
关键词: 超声振动; 精密注塑成型; 高密度聚乙烯; 收缩率精密注塑制品因其尺寸精度高、力学性能好等诸多优点, 在现代工业产品中被广泛应用。
但精密制品成型时的材料收缩特性一直是制约其尺寸精度进一步提高的主要障碍。
对此国内外学者虽已进行过大量研究, 但到目前为止, 大多是采用传统的数值模拟和成型实验方法, 即通过优化不同工艺参数组合来达到提高精密制品尺寸精度的目的。
但对于成型收缩率X围较大的材料, 通过调整工艺参数来获得精密注塑制品往往效果有限。
本文以带有两个长方形孔的平板型塑件为对象, 设计制造了带有超声振动系统的精密注塑模具, 实验研究了超声外场作用对收缩率较大的高密度聚乙烯材料成型收缩的影响规律, 旨在为精密制品的注塑成型提供一种新的方法。
1 实验部分1. 1 实验对象平板型塑件如Fig. 1 所示, 其长、宽和厚度尺寸分别为80mm 50mm 1mm。
塑件中间带有两个长为40mm, 宽为4mm 的长方形通孔。
成型实验时超声波振动方向与注射熔体的充模流动方向平行, 如图中箭头所示。
1. 2 实验材料实验材料选用XXXX石化XX生产的HDPE-PD5070EA 型高密度聚乙烯, 密度为0. 954 g/ cm3~ 0. 962 g/ cm3, 结晶度可达65% ~ 85%, 软化点温度为125 e ~ 135 e , 成型收缩率X围1. 5%~3. 6% , 熔融指数为6. 1 g/ 10min~ 8. 0 g / 10min。
1. 3 实验设备及仪器按Fig. 1 塑件自行设计制做的一模两腔超声振动注塑模具如Fig12 所示, 型腔表面粗糙度R a 为014Lm。
超声振子5 通过双头螺栓7 与镶块6 相连, 将振子产生的振幅通过型腔镶块6 传递给聚合物熔体; 成型实验在震天塑料机械XX生产的CT 80M8 型精密注塑机上进行, 其最大注射压力为206MPa, 最大注射速度122 mm/ s, 锁模力为800 kN。
超声系统采用XX生析超声仪器XX生产的FS-1500 型超声波发生器, 功率X围为0W~ 800W 可变, 振动频率为19. 00 kHz~ 20. 00 kHz 连续可调; 试件内部结构观测分析采用日本理学电机株式会社的D/ Max 2400型X射线衍射仪; 塑件尺寸测量采用分辨力为0101 mm 数显游标卡尺。
1. 4 实验方法及工艺条件首先用Fig. 2 所示的模具进行不加超声振动的注塑成型实验, 以获得成型合格试件的注塑工艺参数。
然后以此工艺参数作为初始工艺条件, 进行在熔体注射和保压阶段施加超声振动的单因素注塑成型实验,以考察不同超声参数变化对试件收缩特性的影响。
不加超声振动实验获得的成型合格制件的初始工艺条件为, 注射压力56MPa, 注射速度36mm/ s, 保压压力14MPa, 保压时间015s, 料筒温度180 e , 模具温度30e 。
单因素超声振动注塑成型实验的超声参数变化值如Tab11 所示。
实验前先将HDPE 粒料置于60 e 烘箱中烘干1 h。
Fig. 2 Assembly Drawing of Ultrasonic Vibration Preci se InjectionMould1: the moving mould clamping plate; 2: seat pad; 3: pushbar; 4: insert; 5: ult rason ic vibt rat or and transducer; 6: insertblock; 7: stud; 8: fixed mould plat e; 9: the f ixed mouldclamping plate; 10: hexagon bolt; 11: sprue bush; 12: locatingring; 13: nozzle; 14: moving mould plat e; 15: base plate;16: support plat e; 17: piller; 18: eject or ret ainer plat e; 19:stripper plat e实验时, 在每组工艺参数达到稳定状态后, 选取10 个试件存放于密封干燥处, 1 周后用数显游标卡尺测量其平行于超声振动方向的尺寸, 并取其平均值计算收缩率。
同时对施加超声振动和未加超声振动的试件进行XRD 分析。
2 结果与讨论2. 1 超声频率对HDPE 收缩率的影响当超声功率恒定为500W 时, 实验得到的超声频率变化对HDPE 试件收缩率影响的关系曲线如Fig. 3所示。
Fig. 3 Effect of Ultrasonic Frequency on Shrinkage of HDPE由图可见, 虽然注塑工艺条件仍保持为未加超声振动时的初始工艺参数值不变, 但试件收缩率却随着超声频率的增加而呈先快后慢的下降趋势; 即在超声频率小于19136kHz 时, 其收缩率从未加超声振动时的最大收缩率2. 79%, 快速下降到频率为19136kHz时的2. 40% , 降幅达13. 98%; 而当频率超过19136kHz时, 其收缩率则从2. 40% 缓慢降低至频率为19192kHz时的2. 34% , 降幅只有2. 15% 。
分析认为超声低频较低时, 随着超声频率的增加, 熔体媒质吸收的声波能量也在不断增多; 逐渐增加的外场能量使大分子链段的活动能力增强, 也使相互缠结的大分子更加容易滑脱解缠, 分子间的作用力减弱, 取向程度增加, 宏观上则表现为熔体的黏度和流动阻力减小, 这更有利于发挥注射压力的功效。
由于不断增强的高频超声振动剪切力场作用, 干扰了HDPE 大分子正常结晶结构的形成, 致使其制品内部的晶体结构数量不断减少, 与未加超声振动的试件相比其结晶度明显降低, 因此其收缩率随超声频率的增加而快速下降; 而当超声频率进一步增加时, 较高的超声能量和剪切力场作用, 严重破坏了HDPE 大分子的结晶成核条件, 使其制品内部的结晶度进一步下降, 因此其收缩率也继续减小; 但在这一过程中, 较高的超声能量和剪切力场作用, 也使大分子的取向和解取向作用增大, 解取向的结果使已取向了的大分子链重新回复到卷曲状态, 致使其收缩率增大;而结晶度下降引起的收缩减小和解取向引起的收缩率增加, 两者耦合作用的结果使其收缩率缓慢下降。
相对于未加超声振动的试件, 其收缩率值仍下降了0. 45%, 降幅达16. 13%。
由此可见, 超声振动注塑成型中, 改变超声频率能有效降低制品收缩率, 但当超声频率超过某一数值时, 继续增加超声频率, 对减小收缩率的贡献则十分有限, 过高的频率还会导致成型材料的降解。
为进一步揭示超声振动对HDPE 收缩率的影响,采用XRD 方法对施加超声振动和未施加超声振动的制品进行测试分析, 其结果如Fig14 所示。
图中0 kHz的衍射曲线即为未加超声振动时的测试结果。
施加超声振动时在( 110) 和( 020) 晶面的衍射峰强明显高于未加超声振动的峰强, 且在2H为21. 5b处的结晶衍射峰尤为高尖, 表明HDPE 材料具有较高的结晶度。
同时超声作用使其晶面的分子链排列规整, 晶粒沿( 110)和( 020) 晶面的取向能力得到增强, 进而产生择优取向。
而对于( 200) 晶面, 施加超声振动时的晶体衍射峰强明显低于未加超声振动时的峰强, 这表明超声振动对该晶面的分子取向具有抑制作用。
Fig. 4 XRD Di ffraction Patterns of HDPE Parts Under the DifferentUl trasonic Frequency利用JADE 软件计算XRD 衍射图谱得到不同频率下的结晶度数值如Tab12 所示。
表中数据显示随着超声频率的增加, HDPE 的结晶度逐渐减小, 当超声频率增加到19192kHz 时, 其结晶度为62. 35% , 比未加超声振动时的结晶度下降了11. 73% , 从而进一步说明超声振动引起的结晶度下降是HDPE 制品收缩率减小的主要因素。
2. 2 超声功率对HDPE 收缩率的影响超声频率不变时, 改变超声功率测得的试件收缩率变化曲线如Fig15 所示。
实验的超声频率恒为19150kHz。
由图可见, HDPE 试件收缩率随超声功率增加而呈先下降后上升的变化规律。
同样利用JADE软件计算XRD 衍射图谱得到的超声功率变化对HDPE 材料结晶度影响的结果数据, 如Tab3 所示。
由Fig. 5 曲线及Tab. 3 的数据可见, 与未加超声振动的试件相比, 超声功率由0W逐渐增加到600W时,HDPE 试件的收缩率与结晶度均随超声功率的增大而逐渐减小。
且在超声功率为600W时, 其收缩率值由未加超声振动时的2. 79%, 下降到最小值2. 36% , 降幅达15. 41%。
其结晶度也由未加超声振动时的74. 08%,减小到66. 75% 。
当超声功率超过600W时, 随着功率的增加, 超声能量越来越强, 振子端面的振动幅度越来越大, 强烈的超声剪切力场作用不仅破坏了大分子的结晶成核条件, 使其结晶度下降, 也会使已生长为较大的晶粒受到破坏而碎裂成细小晶粒。
但同时这些碎裂的细小晶粒又可重新成为新的结晶生长点, 产生再次结晶, 使结晶度增加。
同样较高的超声能量也使大分子的取向与解取向竞争作用加剧。
由结晶度下降引起的收缩减小和解取向作用导致的收缩增加, 以及碎裂的细小晶粒的再次结晶等多因素综合竞争作用的结果, 使得试件的收缩率由功率600W 时的最小值2. 36%, 逐渐缓慢上升到800W时的2. 40%。
可见超声频率一定时, 在一定X围内改变超声功率可使试件收缩率下降, 但当超声功率超过600W时, 其收缩率又继续增加, 同时材料的结晶度也由最低值的66. 75% 逐渐回升到67. 40% 。
