PC-PET共混物微注塑充填行為及制品力學(xué)性能研究.pdf

1、高分子材料的微注塑成型因其高精度、高生產(chǎn)效率、以及能成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜制品等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在航空航天、電子電器、醫(yī)療、國(guó)防等新興或支撐產(chǎn)業(yè)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。通過(guò)聚合物共混可以改進(jìn)單一聚合物某一方面性能劣勢(shì)，獲得綜合性能優(yōu)異的高分子材料。本文將共混改性材料引入微注塑成型中，基于PC/PET共混體系相容性、動(dòng)態(tài)流變及熱、力學(xué)性能研究結(jié)果，探討微尺度效應(yīng)作用下共混物熔體充填流動(dòng)行為和形態(tài)結(jié)構(gòu)-力學(xué)性能關(guān)系，對(duì)于揭示微尺度效應(yīng)作用，拓寬微注塑成型材料研

2、究領(lǐng)域，優(yōu)化微模具設(shè)計(jì)和提高微制品性能有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴PC/PET共混物結(jié)構(gòu)與性能表征。利用DMA、SEM和FTIR實(shí)驗(yàn)手段研究了不同組分共混物相容性，發(fā)現(xiàn)PC/PET共混物為部分相容體系，PET質(zhì)量分?jǐn)?shù)50％的共混組分（PET50）具有最好的相容性和最高的酯交換反應(yīng)程度，隨著PET含量的增加共混物發(fā)生從“海島”型到“共連續(xù)”型相形態(tài)轉(zhuǎn)變；采用動(dòng)態(tài)流變方法討論共混物動(dòng)態(tài)粘彈性與相結(jié)構(gòu)和相容性

3、的關(guān)系，線性粘彈性區(qū)域內(nèi)共混物儲(chǔ)能模量低頻區(qū)內(nèi) PET組分的非線性依賴程度較高頻區(qū)有所增加，低頻區(qū)儲(chǔ)能模量的變化和中頻區(qū)剪切黏度的熱力學(xué)響應(yīng)揭示了相分離的發(fā)生；熱學(xué)分析結(jié)果表明PET50組分具有較高的結(jié)晶度和熱穩(wěn)定性；力學(xué)性能顯示PET50組分較純PC在強(qiáng)度下降不大的情況下韌性大幅提升，與國(guó)外PC/PET合金主要物性指標(biāo)對(duì)比發(fā)現(xiàn)其性價(jià)比較高。⑵不同尺度下PC/PET共混物熔體充填流動(dòng)行為研究。宏觀尺度下PC/PET共混物熔體呈現(xiàn)假塑性和

4、“剪切變稀”特點(diǎn)，剪切黏度的組分依賴性呈現(xiàn)“雙極值”效應(yīng)，PET50是具有較高剪切和溫度敏感性的共混組分?；赑C/PET共混物熔體宏觀流動(dòng)特性，提出了一種能夠合理表征PC/PET共混物剪切黏度變化規(guī)律的黏度模型，該模型能同時(shí)描述宏-微觀尺度下 PC/PET共混物的黏度變化規(guī)律，宏、微觀尺度下模型理論預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)誤差分別小于5%和10%；最后采用有限元數(shù)值分析方法對(duì)比研究了宏-微觀尺度下共混物熔體速度、溫度和壓力場(chǎng)變化差異。⑶微

5、注塑模具設(shè)計(jì)和充填性能工藝優(yōu)化?；贑AE手段優(yōu)化微模具澆注、排氣和溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，研制出符合制品和成型設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的微模具，根據(jù) Taguchi設(shè)計(jì)方法開(kāi)展微注塑成型工藝實(shí)驗(yàn)，均值和變量分析結(jié)果表明針對(duì)200μm和500μm厚微制品，注射速率均是影響制品充填性能和質(zhì)量最主要的因素，其次是熔體溫度，模具溫度和保壓壓力影響較小。此外，數(shù)值模擬與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比顯示，考慮微尺度效應(yīng)時(shí)，微制品面積填充率的預(yù)測(cè)誤差相比于宏觀尺度可減小4.53%。⑷P

6、C/PET共混物微制品力學(xué)性能研究。相同工藝窗口下PC、PET和PET50三種材料微制品厚度方向均呈現(xiàn)“皮芯”結(jié)構(gòu)，沿著流動(dòng)方向皮層厚度逐漸減小，PET50相比純PET微制品有著較低的相對(duì)結(jié)晶度和較高的分子鏈取向程度，皮層較芯層有更高的模量，PET50微制品較PET制品拉伸強(qiáng)度提高15.5%，韌性較PC微制品提升16%。隨著注射速率的增加，共混物微制品皮層厚度逐漸減小，分子鏈取向度和剪切層模量在注射速率50-56mm/s左右有最大值；注