聚合物微孔发泡注塑制品的均质化构筑与流变协调控制

The skin-core structure, uneven cell distribution, low surface quality, processing and mechanical properties control are the issues in SCF microcellular injection molding. This proposal intend to integrate the Rapid Heat Cycle injection molding and microcellular injection molding to construct one new setup for the fabrication of porous materials, instead of taking the methods such as materials modification and optimize processing parameters. The microcellular injection molding experiments will be conducted under high mold temperature, and the effect of rheological properties on the evolution of cellular structure will be studied. The theory on molding filling, viscosity, and cell nucleation will be improved and modified. While, the method for fabricating the porous materials with good cellular structure, even cell distribution, surface quality, and mechanical properties under complex thermal and shear field will be systemically investigated.

针对超临界流体微孔发泡注射成型制品存在的皮芯分层结构、泡孔分布不均、表面质量缺陷、力学性能和工艺控性不好等瓶颈难题，本项目突破仅依靠材料改性和优化调整发泡工艺参数等方法来提升泡孔和表面质量的思路，通过将快速热循环和微孔发泡注射成型技术有机集成，构建快速变模温工艺控制的微孔发泡注射成型实验平台装置，系统开展新工艺和装备基础上的聚合物微孔发泡注射成型实验，研究高模温条件下气熔混合体系填充流动过程的流变特性及其对泡孔形态演变的影响规律，修正和完善充填流动模型、粘度方程和泡孔成核理论，探索复杂温度场和剪切场下制备具有理想泡孔结构、表面质量、及优异综合力学性能注塑发泡制品的工艺和流变协同控制方法，从而实现具有优异表面质量与力学性能微孔发泡注射成型制品的均质化构筑。

针对超临界流体微孔发泡注射成型制品存在的皮芯分层结构、泡孔分布不均、表面质量缺陷、力学性能和工艺控性不好等瓶颈难题，本项目将快速热循环模具技术、微孔发泡注射成型技术，以及精密二次开模技术有机集成，构建快速变模温工艺控制的微孔发泡注射成型实验平台装置，制备了微孔注射成型30%玻璃纤维增强聚丙烯高发泡倍率的注塑发泡制品。通过优化超临界流体、模具温度、开模距离和其他工艺条件，制备了具有高发泡倍率、密度0.32g/cm3和孔隙率75%的注塑发泡制品。研究结果表明，玻璃纤维能够促进PP的结晶，同时提高了其储能模量和复数粘度。通过SEM和X射线CT研究了纤维的分布和取向以及泡孔结构。由于较高的模具温度，熔体在模具型腔中的填充方向和剪切效应发生很大改变。发泡样品芯层中的玻璃纤维被泡孔生长随机移动，并作为支架支撑着泡孔壁结构。玻璃纤维提高了PP熔体的强度，避免了泡孔塌陷，从而制备得到了具有较小泡孔尺寸和均匀泡孔尺寸分布的泡孔结构，从而实现具有高发泡倍率、优异表面质量与力学性能微孔发泡注射成型制品的均质化构筑。