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        短玻璃纖維增強塑料快速熱循環(huán)注塑成型制品沖擊性能研究

        2017-08-09 15:40:48張榮芳白云磊山東協(xié)和學(xué)院
        大陸橋視野 2017年10期
        關(guān)鍵詞:熱循環(huán)成型模具

        李 姣 張榮芳 白云磊 / 山東協(xié)和學(xué)院

        短玻璃纖維增強塑料快速熱循環(huán)注塑成型制品沖擊性能研究

        李 姣 張榮芳 白云磊 / 山東協(xié)和學(xué)院

        短玻纖維增強復(fù)合材料在快速熱循環(huán)注塑成型過程中,由于熔體在模具型腔內(nèi)流動的復(fù)雜性,會引起纖維取向和分布的不均勻。這種不均勻性會對纖維增強復(fù)合材料制品的力學(xué)性能和表面質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。本文通過實驗,對標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣進行測試,研究模具溫度對纖維增強復(fù)合材料快速熱循環(huán)注塑成型制品性能的影響規(guī)律,并揭示其內(nèi)在機理。

        快速熱循環(huán)注塑;玻璃纖維增強ABS;拉伸試驗;模具溫度

        引言

        纖維增強復(fù)合材料注塑制品比單一聚合物注塑產(chǎn)品具有更加優(yōu)良的機械性能和熱性能,其使用價值越來越受到人們的重視。而在常規(guī)的注塑成型中,由于短纖維增強復(fù)合材料熔體內(nèi)部纖維流動過程的復(fù)雜性,容易出現(xiàn)纖維取向不均、表面纖維浮出、制件各向異性等缺陷,制約了纖維增強復(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用。短玻璃纖維增強塑料快速熱循環(huán)注塑成型技術(shù)可獲得高質(zhì)量的纖維增強塑件,但國內(nèi)外對其成型過程中的纖維取向、熔接痕形貌、表面浮纖等的變化規(guī)律缺乏研究,本課題對短玻璃纖維增強塑料快速熱循環(huán)注塑成型工藝進行了較為深入系統(tǒng)的研究,為該成型技術(shù)的工程應(yīng)用奠定了一定的理論基礎(chǔ),具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。

        1.實驗方法

        按照ASTM D256,即《測定塑料的耐懸臂梁擺錘撞擊性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》的實驗要求,將注塑得到的沖擊試驗試樣利用缺口制樣機做出沖擊缺口,有缺口標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣如圖1所示。采用承德精密試驗機有限公司生產(chǎn)的XC-5.5D型電子擺錘式?jīng)_擊試驗機進行實驗,如圖2所示,實驗時環(huán)境溫度23℃。

        本文針對不同模具溫度下得到的短玻纖維增強ABS和短玻纖維增強PP兩種復(fù)合材料的單澆口和雙澆口標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣進行沖擊試驗。為了減少誤差,提高實驗的準(zhǔn)確性,在本實驗中,對每一種試樣實驗5次,然后取5次實驗結(jié)果的平均值。

        圖1 缺口沖擊試樣

        圖2 XC-5.5D型沖擊試驗機

        2.結(jié)果與討論

        圖3為試驗獲得的模具溫度對纖維增強ABS單澆口和雙澆口試樣的沖擊強度的影響規(guī)律。由圖中曲線可以看出,對于纖維增強復(fù)合材料沖擊試樣,隨著成型時模具溫度的升高,無論是單澆口成型試樣還是雙澆口成型試樣,沖擊強度都會呈上升的趨勢。

        圖3 模具溫度對纖維增強ABS試樣抗沖擊強度的影響

        從圖3中可以得出,在所測試模具溫度范圍內(nèi),對于單澆口纖維增強ABS復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣,當(dāng)模具溫度為45℃時,沖擊強度最小,為,隨著模具溫度的升高,沖擊強度逐漸增大,當(dāng)模具溫度達到150℃時,達到?jīng)_擊強度的最大值,為,較45℃時提高了,相對變化量達到26.9%。單澆口纖維增強復(fù)合材料成型試樣的沖擊強度會隨著模具溫度的升高單調(diào)增大的原因,與試樣內(nèi)部的纖維取向分布有關(guān)系。隨著剪切層纖維取向程度的下降,纖維復(fù)雜程度越高,試樣中纖維既有垂直于熔體流動方向的取向,又有平行于熔體流動方向的取向。同時,沿試樣厚度方向上,隨著成型時模具溫度的升高纖維取向的分布趨于均勻。當(dāng)模具溫度為60℃時,試樣內(nèi)部沿厚度方向存在明顯地層狀結(jié)構(gòu),當(dāng)模具溫度升高到160℃,沿厚度方向的纖維區(qū)向分布較為均勻,分層結(jié)構(gòu)趨于不明顯。

        3.結(jié)論

        模具溫度升高造成的這種纖維取向沿厚度方向趨于均勻的變化,在宏觀上表現(xiàn)為試樣的沖擊強度隨著成型時模具溫度的升高而增大,即較高的模具溫度有利于試樣沖擊強度的改善。對于纖維增強ABS來說,沖擊強度能提高26.9%。

        [1]劉斌,趙春振.薄壁注塑成型中的變模溫控制技術(shù).塑料科技,2008,36(9):44-48.

        [2]李熹平, 趙國群, 管延錦, 李輝平.快速熱循環(huán)注塑模具加熱與冷卻過程分析及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計.塑性工程學(xué)報, 2009, 16 (1):196-201.

        [3]張愛敏, 趙國群, 高軍, 陳國文, 嚴柳青.基于快速熱循環(huán)注塑工藝要求的ABS改性.合成樹脂及塑料, 2009, 26(2): 4-7.

        [4]楊揚, 董斌斌, 劉春太. 成型溫度對纖維增強注塑熔接線拉伸性能的影響. 鄭州大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版),2004,25 (1):102-104.

        2016年山東協(xié)和學(xué)院國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(項目編號:201613324078)。

        李姣(1987—),碩士研究生,主要研究方向:注塑成型工藝和模具。

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