超聲波對玻纖增強型PC熔體流動性影響的研究

胡盛財+林榮川+殷伊凡+蘇學滿

摘要： 文章以流動方向上壓力損失較大的玻纖增強型PC傘鉤狀扁平塑件為成型目標，利用自主研發(fā)的超聲波輔助注塑成型裝置，研究了超聲波對玻纖增強型PC熔體流動性能的影響。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.

關鍵詞： 超聲波；玻纖增強型PC；注塑成型；流動性

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

中圖分類號：TQ320.63 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）35-0106-03

0 引言

玻纖增強型PC（聚碳酸酯）具有良好的機械性能，被廣泛應用于機械設備。但由于熔體粘度較大，流動性差，充填困難，容易引起短射、翹曲以及制品應力開裂等缺陷[1]。

超聲波的機械效應、熱效應和空化效應均有使熔體粘度下降的作用[2]。熔體粘度的降低會使得熔體的充填流動性得到改善，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程中借助超聲波對熔體的場能作用，來研究超聲波是否有利于改善玻纖增強型PC的充模流動性，提高該熔體的型腔填充率。

1 實驗部分

1.1 原料

玻纖增強型PC，玻璃纖維填充物比例20%。

1.2 儀器與設備

TMC注塑機（廠商：臺灣江門慶優(yōu)機電有限公司，型號：30H-SE）一臺（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、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，模溫機一臺。

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

1.3 實驗設計

以流動方向上壓力損失較大的玻纖增強型PC傘鉤狀塑件為研究對象，進行超聲波輔助注塑成型實驗。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，本實驗設計如下：

①未施加超聲波注塑實驗：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，保壓時間15s，冷卻時間5s，恒壓保壓方式的條件下不施加超聲波進行注塑成型實驗，每組工藝參數(shù)分別采樣5個樣品；

②施加超聲波注塑實驗：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，保壓時間15s，冷卻時間5s，恒壓保壓方式，超聲波輸出功率分別為30W、80W、130W、180W條件下，施加超聲波作用進行注塑實驗，每組工藝參數(shù)分別采樣2個樣品。

注塑過程中，為避免工藝不穩(wěn)定對實驗產(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太大區(qū)別才開始采集樣品。

2 樣品質(zhì)量測試

采用電子精密分析天平（如圖5所示）稱量樣品質(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，進行對比，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，進行對比，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，進行對比，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A、B、C、D、E、F組的1～5個樣品進行稱量質(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組樣品分別對應于未施加超聲波的A、C、E組來說，平均質(zhì)量顯然要大，說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。驗證了超聲波可以提高玻纖增強型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比

分別選取不同輸出功率下的注塑樣品進行對比，如圖10所示，稱量質(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。說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型PC的充模流動性，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：

[1]胡盛財.超聲波輔助玻纖增強型PC注塑成型的研究[D].廈門：集美大學，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，2012.

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

[4]胡玉勇.超聲變幅器的設計理論及其性能參數(shù)的實驗研究[D].山西：太原理工大學，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.