超声波对玻纤增强型PC熔体流动性影响的研究

胡盛财+林荣川+殷伊凡+苏学满

摘要： 文章以流动方向上压力损失较大的玻纤增强型PC伞钩状扁平塑件为成型目标，利用自主研发的超声波辅助注塑成型装置，研究了超声波对玻纤增强型PC熔体流动性能的影响。结果表明：施加超声波作用下，塑件的型腔填充率要好于未施加超声波作用下的充填，且在超声波变幅杆辐射面面积一定的情况下，超声波输出功率越高，提高熔体型腔填充率的效果越显著。

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.

关键词： 超声波；玻纤增强型PC；注塑成型；流动性

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

中图分类号：TQ320.63 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）35-0106-03

0 引言

玻纤增强型PC（聚碳酸酯）具有良好的机械性能，被广泛应用于机械设备。但由于熔体粘度较大，流动性差，充填困难，容易引起短射、翘曲以及制品应力开裂等缺陷[1]。

超声波的机械效应、热效应和空化效应均有使熔体粘度下降的作用[2]。熔体粘度的降低会使得熔体的充填流动性得到改善，因而理论上施加超声波后熔体的型腔填充率相比未施加超声波熔体的型腔填充率要好。

本研究在注塑成型过程中借助超声波对熔体的场能作用，来研究超声波是否有利于改善玻纤增强型PC的充模流动性，提高该熔体的型腔填充率。

1 实验部分

1.1 原料

玻纤增强型PC，玻璃纤维填充物比例20%。

1.2 仪器与设备

TMC注塑机（厂商：台湾江门庆优机电有限公司，型号：30H-SE）一台（如图1所示）。

自制超声波辅助注塑成型模具系统，包含注塑模具一套（如图2所示）、超声波发生器（如图3所示）一台、超声振子（超声波换能器和超声波变幅杆一体式，如图4所示）一个，模温机一台。

电子精密分析天平一台（厂商：DENVER，型号：SI-224，如图5所示）。

1.3 实验设计

以流动方向上压力损失较大的玻纤增强型PC伞钩状塑件为研究对象，进行超声波辅助注塑成型实验。为比较未施加超声波作用和施加超声波作用下塑件的成型性能，以及不同超声波功率和注塑工艺参数条件下塑件的型腔填充率，本实验设计如下：

①未施加超声波注塑实验：在注射压力分别为100MPa、110MPa和120MPa，料筒前段温度290℃，冷却液温度90℃，保压压力45MPa，保压时间15s，冷却时间5s，恒压保压方式的条件下不施加超声波进行注塑成型实验，每组工艺参数分别采样5个样品；

②施加超声波注塑实验：在注射压力为100MPa，料筒前段温度290℃，冷却液温度90℃，保压压力45MPa，保压时间15s，冷却时间5s，恒压保压方式，超声波输出功率分别为30W、80W、130W、180W条件下，施加超声波作用进行注塑实验，每组工艺参数分别采样2个样品。

注塑过程中，为避免工艺不稳定对实验产生影响，在同一组工艺参数下，待连续10次注射成型的制品外形无太大区别才开始采集样品。

2 样品质量测试

采用电子精密分析天平（如图5所示）称量样品质量。

3 结果与讨论

3.1 相同超声波功率，不同注射压力作用下施加与未施加超声波对比

注射压力100MPa，将未施加和施加超声波功率为180W的样品分别命名为A、B组，进行对比，如图6所示（从左往右，分别为样品1～5）。

注射压力110MPa，将未施加和施加超声波功率为180W的样品分别命名为C、D组，进行对比，如图7所示（从左往右，分别为样品1～5）。

注射压力120MPa，将未施加和施加超声波功率为180W的样品分别命名为C、D组，进行对比，如图8所示（从左往右，分别为样品1～5）。

使用电子精密分析天平分别对A、B、C、D、E、F组的1～5个样品进行称量质量所得数据如表1所示。

为便于分析比较，将表1中A～F组样品质量的平均值绘制成柱状图如图9所示。

由图9可以看出，施加超声波作用成型的B、D、F组样品分别对应于未施加超声波的A、C、E组来说，平均质量显然要大，说明施加超声波作用下，塑件的型腔充效果要好于未施加超声波作用下的充填效果。验证了超声波可以提高玻纤增强型PC熔体的型腔填充率。

3.2 相同注射压力，施加不同功率的超声波作用下对比

分别选取不同输出功率下的注塑样品进行对比，如图10所示，称量质量并记录数据如表2所示（同一功率下，左边样品为1，右边样品为2）。

为便于分析比较，将表2数据绘制成柱状图如图11所示。

由图11可以看出，随着超声波功率的增加，样品质量整体呈上升趋势。说明在振子辐射面面积一定的情况下，超声波输出功率越高，提升玻纤增强型PC熔体的填充率的效果越显著，且最佳超声波作用功率为180W。

4 结论

超声波有利于改善玻纤增强型PC的充模流动性，提高该熔体的型腔填充率，与前述理论分析结果一致。

参考文献：

[1]胡盛财.超声波辅助玻纤增强型PC注塑成型的研究[D].厦门：集美大学，2015.

[2]郑辉.超声波辅助微注塑方法及工艺研究[D].天津：天津大学，2012.

[3]祝思龙.超声外场作用对精密注塑制品质量影响的研究[D].大连：大连理工大学，2009.

[4]胡玉勇.超声变幅器的设计理论及其性能参数的实验研究[D].山西：太原理工大学，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.