胡盛財(cái)+林榮川+殷伊凡+蘇學(xué)滿(mǎn)

摘要： 文章以流動(dòng)方向上壓力損失較大的玻纖增強(qiáng)型PC傘鉤狀扁平塑件為成型目標(biāo)，利用自主研發(fā)的超聲波輔助注塑成型裝置，研究了超聲波對(duì)玻纖增強(qiáng)型PC熔體流動(dòng)性能的影響。結(jié)果表明：施加超聲波作用下，塑件的型腔填充率要好于未施加超聲波作用下的充填，且在超聲波變幅桿輻射面面積一定的情況下，超聲波輸出功率越高，提高熔體型腔填充率的效果越顯著。

Abstract： In this paper， according to glass fiber reinforced PC umbrella shaped flat plastic piece with large pressure loss in flow direction， the effect of ultrasonic wave on the flow properties of glass fiber reinforced PC melt was studied by means of self-developed ultrasonic assisted injection molding equipment. The results show that under the effect of ultrasonic wave， the filling rate of the plastic part is better than no ultrasonic wave， and in the case of certain radiation surface area of ultrasonic horn， higher the output power of ultrasonic wave is， the more obvious the effect of the filling rate of the melt cavity is.

關(guān)鍵詞： 超聲波；玻纖增強(qiáng)型PC；注塑成型；流動(dòng)性

Key words： ultrasonic；glass fiber reinforced PC；injection molding；fluidity

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ320.63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）35-0106-03

0 引言

玻纖增強(qiáng)型PC（聚碳酸酯）具有良好的機(jī)械性能，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備。但由于熔體粘度較大，流動(dòng)性差，充填困難，容易引起短射、翹曲以及制品應(yīng)力開(kāi)裂等缺陷[1]。

超聲波的機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)和空化效應(yīng)均有使熔體粘度下降的作用[2]。熔體粘度的降低會(huì)使得熔體的充填流動(dòng)性得到改善，因而理論上施加超聲波后熔體的型腔填充率相比未施加超聲波熔體的型腔填充率要好。

本研究在注塑成型過(guò)程中借助超聲波對(duì)熔體的場(chǎng)能作用，來(lái)研究超聲波是否有利于改善玻纖增強(qiáng)型PC的充模流動(dòng)性，提高該熔體的型腔填充率。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

玻纖增強(qiáng)型PC，玻璃纖維填充物比例20%。

1.2 儀器與設(shè)備

TMC注塑機(jī)（廠商：臺(tái)灣江門(mén)慶優(yōu)機(jī)電有限公司，型號(hào)：30H-SE）一臺(tái)（如圖1所示）。

自制超聲波輔助注塑成型模具系統(tǒng)，包含注塑模具一套（如圖2所示）、超聲波發(fā)生器（如圖3所示）一臺(tái)、超聲振子（超聲波換能器和超聲波變幅桿一體式，如圖4所示）一個(gè)，模溫機(jī)一臺(tái)。

電子精密分析天平一臺(tái)（廠商：DENVER，型號(hào)：SI-224，如圖5所示）。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

以流動(dòng)方向上壓力損失較大的玻纖增強(qiáng)型PC傘鉤狀塑件為研究對(duì)象，進(jìn)行超聲波輔助注塑成型實(shí)驗(yàn)。為比較未施加超聲波作用和施加超聲波作用下塑件的成型性能，以及不同超聲波功率和注塑工藝參數(shù)條件下塑件的型腔填充率，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：

①未施加超聲波注塑實(shí)驗(yàn)：在注射壓力分別為100MPa、110MPa和120MPa，料筒前段溫度290℃，冷卻液溫度90℃，保壓壓力45MPa，保壓時(shí)間15s，冷卻時(shí)間5s，恒壓保壓方式的條件下不施加超聲波進(jìn)行注塑成型實(shí)驗(yàn)，每組工藝參數(shù)分別采樣5個(gè)樣品；

②施加超聲波注塑實(shí)驗(yàn)：在注射壓力為100MPa，料筒前段溫度290℃，冷卻液溫度90℃，保壓壓力45MPa，保壓時(shí)間15s，冷卻時(shí)間5s，恒壓保壓方式，超聲波輸出功率分別為30W、80W、130W、180W條件下，施加超聲波作用進(jìn)行注塑實(shí)驗(yàn)，每組工藝參數(shù)分別采樣2個(gè)樣品。

注塑過(guò)程中，為避免工藝不穩(wěn)定對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響，在同一組工藝參數(shù)下，待連續(xù)10次注射成型的制品外形無(wú)太大區(qū)別才開(kāi)始采集樣品。

2 樣品質(zhì)量測(cè)試

采用電子精密分析天平（如圖5所示）稱(chēng)量樣品質(zhì)量。

3 結(jié)果與討論

3.1 相同超聲波功率，不同注射壓力作用下施加與未施加超聲波對(duì)比

注射壓力100MPa，將未施加和施加超聲波功率為180W的樣品分別命名為A、B組，進(jìn)行對(duì)比，如圖6所示（從左往右，分別為樣品1～5）。

注射壓力110MPa，將未施加和施加超聲波功率為180W的樣品分別命名為C、D組，進(jìn)行對(duì)比，如圖7所示（從左往右，分別為樣品1～5）。

注射壓力120MPa，將未施加和施加超聲波功率為180W的樣品分別命名為C、D組，進(jìn)行對(duì)比，如圖8所示（從左往右，分別為樣品1～5）。

使用電子精密分析天平分別對(duì)A、B、C、D、E、F組的1～5個(gè)樣品進(jìn)行稱(chēng)量質(zhì)量所得數(shù)據(jù)如表1所示。

為便于分析比較，將表1中A～F組樣品質(zhì)量的平均值繪制成柱狀圖如圖9所示。

由圖9可以看出，施加超聲波作用成型的B、D、F組樣品分別對(duì)應(yīng)于未施加超聲波的A、C、E組來(lái)說(shuō)，平均質(zhì)量顯然要大，說(shuō)明施加超聲波作用下，塑件的型腔充效果要好于未施加超聲波作用下的充填效果。驗(yàn)證了超聲波可以提高玻纖增強(qiáng)型PC熔體的型腔填充率。

3.2 相同注射壓力，施加不同功率的超聲波作用下對(duì)比

分別選取不同輸出功率下的注塑樣品進(jìn)行對(duì)比，如圖10所示，稱(chēng)量質(zhì)量并記錄數(shù)據(jù)如表2所示（同一功率下，左邊樣品為1，右邊樣品為2）。

為便于分析比較，將表2數(shù)據(jù)繪制成柱狀圖如圖11所示。

由圖11可以看出，隨著超聲波功率的增加，樣品質(zhì)量整體呈上升趨勢(shì)。說(shuō)明在振子輻射面面積一定的情況下，超聲波輸出功率越高，提升玻纖增強(qiáng)型PC熔體的填充率的效果越顯著，且最佳超聲波作用功率為180W。

4 結(jié)論

超聲波有利于改善玻纖增強(qiáng)型PC的充模流動(dòng)性，提高該熔體的型腔填充率，與前述理論分析結(jié)果一致。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡盛財(cái).超聲波輔助玻纖增強(qiáng)型PC注塑成型的研究[D].廈門(mén)：集美大學(xué)，2015.

[2]鄭輝.超聲波輔助微注塑方法及工藝研究[D].天津：天津大學(xué)，2012.

[3]祝思龍.超聲外場(chǎng)作用對(duì)精密注塑制品質(zhì)量影響的研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2009.

[4]胡玉勇.超聲變幅器的設(shè)計(jì)理論及其性能參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究[D].山西：太原理工大學(xué)，2010.

[5]SATO A，ITO H，K0YAMA K.Study of Application of Ultrasonic Wave to Injection Molding[J].PolymEng Sci，2009，49（4）：768-773.