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基于超声塑化效应的高分子微细件成型技术研究

作　者: 吴诗仁
导　师: 温彤
学　校: 重庆大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 超声塑化微细件高分子材料机理振动挤压
分类号: TQ320.66
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

微细器件制造是实现精密机械与电子装置、特别是微光机电系统（MEMS）功能的关键和决定因素之一，而高分子材料的微成型是其中的一个重点内容。目前，高分子微细件成型主要利用微注塑方式完成，存在着需要专用微注塑机、成型温度和质量难以准确控制等问题。基于超声塑化效应的高分子微细件成型方式，具有成型效率高、无需专用加热装置以及温度控制相对容易等优点，但目前相关研究很少。本文通过物理实验和数值方法，研究了工艺参数对超声塑化的影响规律；针对基于超声塑化效应的高分子材料微细件成型技术，利用超声波塑料焊接机进行了PP微齿轮的成型试验，并首次提出了塑料振动挤压成型的概念。主要工作包括：①从摩擦热效应和空化效应出发，探讨了高分子材料的超声波熔融塑化机理，概括了超声塑化模型。利用龙格—库塔方法研究了超声波频率、声压幅值和塑化压力对空化效应的影响规律。②自行设计了超声塑化实验装置并进行了ABS超声塑化实验。研究了不同超声振幅和压力对ABS超声塑化速率的影响，并将实验结果与数值分析结果对比，进一步探讨了高分子超声塑化的本质。③利用超声波塑料焊接机进行了PP微齿轮超声振动辅助成型的实验。通过测定PP的温度变化分析材料实时的物理状态，分析了基于超声塑化效应的高分子材料微细件成型工艺。④提出了塑料超声振动挤压新工艺。通过试验简单探讨了超声振动挤压与超声塑化成型技术的本质区别，为后续的深入研究奠定基础。本课题在对高分子材料超声塑化机理的理论与实验研究基础上，提出了基于超声塑化效应的塑料微细件成型方法以及塑料超声振动挤压成形工艺。相关研究为高分子材料微细件的制造提供了一种新的思路。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题的提出及意义  8
  1.2 高分子微细件成型技术研究现状  8-11
    1.2.1 柱塞式塑化  9
    1.2.2 螺杆式塑化  9-10
    1.2.3 电磁动态塑化  10-11
    1.2.4 超声塑化  11
  1.3 超声波在聚合物中的其它应用  11-12
  1.4 主要研究内容及目的  12
  1.5 研究的可行性  12-13
2 高分子材料超声塑化机理及其理论研究  13-22
  2.1 引言  13
  2.2 超声塑化机理探讨  13-21
    2.2.1 超声塑化模型  13-14
    2.2.2 摩擦热  14-15
    2.2.3 空化效应  15-16
    2.2.4 超声波空化效应数值分析  16-18
    2.2.5 数值模拟结果与分析  18-21
  2.3 本章小结  21-22
3 ABS 颗粒的超声塑化实验研究  22-30
  3.1 引言  22
  3.2 超声塑化实验装置设计  22-25
    3.2.1 超声塑化实验装置组成  22
    3.2.2 超声波工具头的设计  22-23
    3.2.3 模态分析  23-25
    3.2.4 振动能量计算  25
  3.3 超声塑化实验  25-29
    3.3.1 实验装置及材料  25-26
    3.3.2 ABS 颗粒超声塑化程度的判定  26
    3.3.3 实验方法  26
    3.3.4 实验结果与分析  26-29
  3.4 本章小结  29-30
4 基于超声塑化效应的高分子微细件成型技术研究  30-42
  4.1 引言  30
  4.2 热塑性塑料的热力学性能  30-32
    4.2.1 非晶相聚合物  30-31
    4.2.2 结晶型聚合物  31
    4.2.3 塑料的加工工艺性  31-32
  4.3 超声振动成型技术的探讨  32-33
    4.3.1 微细齿轮结构  32-33
    4.3.2 试验结果  33
  4.4 微细件成型实验  33-40
    4.4.1 实验设备与材料  33-35
    4.4.2 工具头的设计  35-37
    4.4.3 实验安排  37-38
    4.4.4 实验结果与分析  38-40
  4.5 微细件成型理论探讨  40-41
  4.6 本章总结  41-42
5 高分子材料振动挤压成型技术的探讨  42-44
  5.1 引言  42
  5.2 高分子材料振动挤压技术的探讨  42-44
    5.2.1 ABS 颗粒振动挤压试验  42-43
    5.2.2 高分子材料振动挤压技术的展望  43-44
6 结论与展望  44-46
致谢  46-47
参考文献  47-50
附录  50
  A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文  50
  B.作者在攻读硕士学位期间参与申请的专利  50

基于超声塑化效应的高分子微细件成型技术研究

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