復(fù)雜多層管件的流體輔助共注塑工藝優(yōu)化.pdf

1、流體輔助共注塑(Fluid-Assisted Co-Injection Molding, FACIM)工藝是一種新型注塑工藝，該工藝結(jié)合了流體輔助注塑(Fluid-Assisted Injection Molding, FAIM)技術(shù)和共注塑(Co-Injection Molding, COIM)技術(shù)，可用來生產(chǎn)形狀復(fù)雜的具有多重包覆結(jié)構(gòu)的中空制品。根據(jù)使用流體介質(zhì)的不同可分為氣體輔助共注塑成型(Gas-Assisted Co-Inje

2、ction Molding, GACIM)和水輔助共注塑成型(Water-Assisted Co-Injection Molding, WACIM)。本文基于理論與實驗相結(jié)合的方法，揭示管棒類流體輔助共注塑工藝中產(chǎn)品質(zhì)量的主要影響因素、影響規(guī)律及相互間的耦合關(guān)系，并實現(xiàn)參數(shù)組合最優(yōu)化。為管棒類制品流體輔助共注塑工藝提供理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)，促進流體輔助共注塑工藝的應(yīng)用發(fā)展。
　　本文主要開展了以下工作：
　?。?）闡述FACI

3、M工藝的成型原理及特點、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，確定本文的研究內(nèi)容與思路。
　?。?）基于自行搭建的流體輔助共注塑實驗平臺針對HDPE、PP、ABS、PA66(含玻纖量20％)、PS、TPE、TPU等聚合物分別進行溢流法流體輔助共注塑實驗，比較了不同材料在該工藝上的實現(xiàn)效果。實驗發(fā)現(xiàn)：當(dāng)以HDPE作為外層材料， PP作為內(nèi)層材料時實驗效果最佳，制件內(nèi)壁壁面光滑，殘余壁厚均勻性良好。
　　（3）溢流法WACIM管件各層壁厚受諸多因素影

4、響，以最小總壁厚及內(nèi)層壁厚為目標(biāo)，基于響應(yīng)面法對其成型工藝參數(shù)進行優(yōu)化。由單因素試驗確定總壁厚和內(nèi)層熔體壁厚的主要影響因素；由Plackett-Burman試驗確定關(guān)鍵因素；再通過Box-Behnken試驗設(shè)計和響應(yīng)面法分析與優(yōu)化，獲得最小總壁厚和內(nèi)層熔體壁厚的工藝條件為：注水壓力7.5MPa，注水延遲時間2s，內(nèi)層熔體溫度215℃。在優(yōu)化條件下，軟件Design-expert的模型預(yù)測總壁厚和內(nèi)層壁厚與實驗所得吻合較好，表明響應(yīng)面法能

5、夠?qū)崿F(xiàn)水輔助共注塑管件最小壁厚的工藝參數(shù)優(yōu)化。
　?。?）基于Flunet軟件平臺，通過數(shù)值模擬和實驗手段對彎曲管件的殘余壁厚進行研究。通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)：在直管部分處，WACIM試樣總/內(nèi)層殘余壁厚均與型腔直徑存在線性關(guān)系，通過對型腔直徑的設(shè)計可實現(xiàn)對總/內(nèi)層參與壁厚的控制；彎曲內(nèi)外側(cè)的壓力梯度及溫度場差異導(dǎo)致內(nèi)層熔體及水都趨于彎曲內(nèi)側(cè)穿透，使得溢流法WACIM彎管彎曲外側(cè)的總壁厚及內(nèi)層壁厚都較厚，而彎曲內(nèi)側(cè)的總壁厚及內(nèi)層壁厚均較

6、薄，實驗結(jié)果與模擬相符；通過正交試驗發(fā)現(xiàn)：注水參數(shù)（注水壓力、注水延時）和型腔參數(shù)（包括彎曲角度、型腔直徑、彎曲半徑）等參數(shù)中，型腔直徑對壁厚的影響最大；溢流法GACIM彎管的總平均壁厚及內(nèi)層平均壁厚均比溢流法WACIM彎管對應(yīng)壁厚更厚，波動更??；短射法WACIM彎管的總平均壁厚及內(nèi)層平均壁厚均比溢流法WACIM彎管對應(yīng)壁厚更薄，后段彎曲處外側(cè)的總壁厚及內(nèi)層壁厚比溢流法顯著更薄。隨著彎曲角度的增加，彎曲外側(cè)的總壁厚及內(nèi)層壁厚增加，內(nèi)側(cè)的

7、總壁厚及內(nèi)層壁厚減小。可合理選擇工藝方法、設(shè)計彎曲形狀及改善模腔冷卻來獲得更均勻的WACIM彎管壁厚。
　　（5）基于FACIM實驗平臺，通過實驗對比了七種截面型腔的流體穿透率的大小，探究了型腔截面對各層壁厚及各層穿透率的影響規(guī)律。實驗發(fā)現(xiàn)：隨著截面圓率的減小，WACIM和GACIM內(nèi)層熔體和流體穿透率均減??；GACIM的氣體穿透率比WACIM的水穿透率略低；當(dāng)型腔截面圓率相同時，型腔截面面積越大，流體穿透率更??；WACIM和GA