聚合物超聲波熔融塑化速率測定及其影響因素分析

1、聚合物超聲波熔融塑化速率測定及其影響因素分析    關(guān)鍵詞 超聲波熔融塑化; 塑化速率; 優(yōu)化設(shè)計; 數(shù)值模擬; 微注射成型; 英文關(guān)鍵詞 ultrasonic plastificaiton; plastificaiton speed; optimization design; numerical simulation; micro injection molding; 中文摘要 微注射成型技術(shù)是推動微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)飛速發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一,其發(fā)展過程中面臨的挑戰(zhàn)主要是微尺度型腔中聚合物熔體的充填困難。針對該問題,本文使用課題組研制的聚合物超聲塑化與

2、流變實驗裝置,對聚合物超聲波熔融塑化技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。主要研究工作及結(jié)論如下： 根據(jù)聚合物超聲波熔融塑化實驗要求,對現(xiàn)有超聲塑化與流變實驗裝置進(jìn)行必要的優(yōu)化設(shè)計,研究內(nèi)容包括：通過對超聲波振動系統(tǒng)的研究,得到超聲波工具頭的振動模態(tài),并且設(shè)計了超聲波工具頭振動狀態(tài)下的靜態(tài)密封方法；研究了聚合物超聲波熔融塑化結(jié)束的傳感器測定方案,利用聚合物熔體的壓力信號判斷塑化料筒內(nèi)的聚合物是否完全熔融,為超聲波熔融塑化速率的測定提供科學(xué)準(zhǔn)確的方法。 理論分析了聚合物超聲波熔融塑化的本質(zhì)機(jī)理,得出塑化過程中主要存在三個產(chǎn)熱效應(yīng),即摩擦生熱效應(yīng)、粘彈性熱效應(yīng)和超聲空化效應(yīng)。本文重點對超聲空化效應(yīng)進(jìn)行了理論分析：

3、運用龍格庫塔迭代法,結(jié)合MATLAB軟件,對空化泡泡壁在超聲波作用下的運動過程進(jìn)行數(shù)值模擬,得到超聲波頻率、聲壓幅值、氣泡初始半徑、塑化壓力和熔體粘度參數(shù)對超聲空化效應(yīng)的影響規(guī)律,總結(jié)出最佳參數(shù)組合,為后續(xù)的實驗研究提供理論基礎(chǔ)。. 英文摘要 Micro Injection Molding (MIM) is one of the key technologies which promote the development of Micro Electro Mechanical systems (MEMS). The melt filling difficulty in micro cavity

4、 is the main challenge of MIM now. In order to solve this problem, this thesis studied the polymer s plastification process using the polymer s ultrasonic plastification 摘要 3-4 ABSTRACT 4-5 目錄 6-8 第一章 緒論 8-16     1.1.研究背景 8-9     1.2.超聲波在聚合物中的應(yīng)用研究概況 9-14   

5、60;     1.2.1.超聲波在高分子溶液中的應(yīng)用研究概況 9-10         1.2.2.超聲波在聚合物成型中的應(yīng)用研究概況 10-13         1.2.3.超聲波在聚合物塑化中的應(yīng)用研究概況 13-14     1.3.課題來源及論文主要研究內(nèi)容 14-15         1.3.1.課題來源

6、14         1.3.2.論文主要研究內(nèi)容 14-15     1.4.論文研究意義 15-16 第二章 聚合物超聲塑化與流變實驗裝置研究 16-34     2.1.塑化料筒熱損失問題研究 16-23         2.1.1.塑化料筒熱損失有限元分析 17-20         2.1.2.塑化料筒隔熱方法研究 2

7、0-23     2.2.聚合物超聲波熔融塑化速率測定方法研究 23-26         2.2.1.聚合物超聲波熔融塑化速率測定問題概述 23         2.2.2.聚合物超聲波熔融塑化速率傳感器測定方案 23-24         2.2.3.聚合物超聲波熔融塑化速率傳感器測定方案的實驗論證 24-26     2.

8、3.超聲波振動系統(tǒng)研究 26-31         2.3.1.超聲波振動系統(tǒng)簡介 26-28         2.3.2.力電類比法 28-29         2.3.3.超聲波換能器等效電路 29-31     2.4.超聲波工具頭密封方法研究 31-33         2.4.1

9、.動態(tài)密封方案 31         2.4.2.靜態(tài)密封方案 31-32         2.4.3.密封方案對比 32-33     2.5.本章小結(jié) 33-34 第三章 聚合物超聲波熔融塑化理論分析 34-47     3.1.摩擦生熱效應(yīng)及粘彈性熱效應(yīng) 35-37         3.1.1.摩擦生熱效應(yīng) 35 

10、0;       3.1.2.粘彈性熱效應(yīng) 35-37     3.2.超聲空化效應(yīng) 37-46         3.2.1.超聲波頻率對空化效應(yīng)的影響 41-42         3.2.2.聲壓幅值對空化效應(yīng)的影響 42-43         3.2.3.空化泡初始半徑對空化效應(yīng)的影響 43-4

11、4         3.2.4.塑化壓力對空化效應(yīng)的影響 44-45         3.2.5.熔體粘度對空化效應(yīng)的影響 45-46     3.3.本章小結(jié) 46-47 第四章 聚合物超聲波熔融塑化實驗研究 47-58     4.1.實驗?zāi)康募皩嶒瀮?nèi)容 47         4.1.1.實驗?zāi)康?47  

12、0;      4.1.2.實驗內(nèi)容 47     4.2.實驗設(shè)備及原料 47-49         4.2.1.實驗設(shè)備 47-48         4.2.2.實驗材料 48-49     4.3.實驗方案 49-50         4.3.1.超聲波熔融塑化速率影響因素

13、實驗 49         4.3.2.超聲波作用功率影響因素實驗 49         4.3.3.超聲塑化對聚合物微觀形態(tài)的影響實驗 49-50     4.4.實驗結(jié)果分析 50-57         4.4.1.超聲波熔融塑化速率影響因素實驗 50-52         4.4.2

14、.超聲波作用功率影響因素實驗 52-54         4.4.3.超聲塑化對聚合物微觀形態(tài)的影響實驗 54-56         4.4.4.超聲塑化的能耗分析 56-57     4.5.本章小結(jié) 57-58 第五章 全文總結(jié)與展望 58-60     5.1.全文總結(jié) 58-59     5.2.工作展望 59-60 參考文獻(xiàn) 60-65 致謝 65-66 &

15、#160;       2.4.1.動態(tài)密封方案 31         2.4.2.靜態(tài)密封方案 31-32         2.4.3.密封方案對比 32-33     2.5.本章小結(jié) 33-34 第三章 聚合物超聲波熔融塑化理論分析 34-47     3.1.摩擦生熱效應(yīng)及粘彈性熱效應(yīng) 35-37   

16、0;     3.1.1.摩擦生熱效應(yīng) 35         3.1.2.粘彈性熱效應(yīng) 35-37     3.2.超聲空化效應(yīng) 37-46         3.2.1.超聲波頻率對空化效應(yīng)的影響 41-42         3.2.2.聲壓幅值對空化效應(yīng)的影響 42-43    

17、0;    3.2.3.空化泡初始半徑對空化效應(yīng)的影響 43-44         3.2.4.塑化壓力對空化效應(yīng)的影響 44-45         3.2.5.熔體粘度對空化效應(yīng)的影響 45-46     3.3.本章小結(jié) 46-47 第四章 聚合物超聲波熔融塑化實驗研究 47-58     4.1.實驗?zāi)康募皩嶒瀮?nèi)容 47    &#

18、160;    4.1.1.實驗?zāi)康?47         4.1.2.實驗內(nèi)容 47     4.2.實驗設(shè)備及原料 47-49         4.2.1.實驗設(shè)備 47-48         4.2.2.實驗材料 48-49     4.3.實驗方案 49-50   

19、60;     4.3.1.超聲波熔融塑化速率影響因素實驗 49         4.3.2.超聲波作用功率影響因素實驗 49         4.3.3.超聲塑化對聚合物微觀形態(tài)的影響實驗 49-50     4.4.實驗結(jié)果分析 50-57         4.4.1.超聲波熔融塑化速率影響因素實驗 50-52 &

20、#160;       4.4.2.超聲波作用功率影響因素實驗 52-54         4.4.3.超聲塑化對聚合物微觀形態(tài)的影響實驗 54-56         4.4.4.超聲塑化的能耗分析 56-57     4.5.本章小結(jié) 57-58 第五章 全文總結(jié)與展望 58-60     5.1.全文總結(jié) 58-59  &#

21、160;  5.2.工作展望 59-60 參考文獻(xiàn) 60-65 致謝 65-66         2.4.1.動態(tài)密封方案 31         2.4.2.靜態(tài)密封方案 31-32         2.4.3.密封方案對比 32-33     2.5.本章小結(jié) 33-34 第三章 聚合物超聲波熔融塑化理論分析 34-47   

22、  3.1.摩擦生熱效應(yīng)及粘彈性熱效應(yīng) 35-37         3.1.1.摩擦生熱效應(yīng) 35         3.1.2.粘彈性熱效應(yīng) 35-37     3.2.超聲空化效應(yīng) 37-46         3.2.1.超聲波頻率對空化效應(yīng)的影響 41-42        

23、3.2.2.聲壓幅值對空化效應(yīng)的影響 42-43         3.2.3.空化泡初始半徑對空化效應(yīng)的影響 43-44         3.2.4.塑化壓力對空化效應(yīng)的影響 44-45         3.2.5.熔體粘度對空化效應(yīng)的影響 45-46     3.3.本章小結(jié) 46-47 第四章 聚合物超聲波熔融塑化實驗研究 47-58     4.1.實驗?zāi)康募皩嶒瀮?nèi)容 47         4.1.1.實驗?zāi)康?47         4.1.2.實驗內(nèi)容 47     4.2.實驗設(shè)備及原料 47-49     &#