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PE基吹塑薄膜用途工艺配方设计.rar

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    编号:20181030004740170    类型:共享资源    大小:16.23MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-30
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    PE 基吹塑 薄膜 用途 工艺 配方 设计
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    本科毕业设计(论文)外文资料翻译原文名称 Understanding heat transfer mechanisms during the cooling phase of blow molding using infrared thermography 原文作者 A. Bendada, F. Erchiqui, A. Kipping 原文出版物 NDT&E International 翻译内容页码 38 (2005) 433–441 中文名称 用红外热像仪理解在吹塑冷却阶段的热传递机制 学生姓名 季晓飞 专业 高分子材料与工程 学号 1102100217 2014 年 1 月用红外热像仪理解在吹塑冷却阶段的热传递机制摘要挤出吹塑成型过程中的冷却阶段对这个过程的周期时间以及和模制产品的质量特性具有较大影响。更好地了解冷却期间发生的传热机制将有助于对模具冷却通道和操作条件的优化。一个连续挤出吹塑成型机和一个矩形瓶(机油瓶类型)的模具被用来生产瓶子。测试了高密度聚乙烯(HDPE)和增强聚乙烯(MPE )具有的不同的流变性。熔体和模具温度,冷却时间,吹气压力和模具间隙系统地发生了变化。一台红外摄像机被用于测定模具刚打开时和部分喷射后塑件的温度分布。为了确定收缩与翘曲程度需要测量完成部份的瓶壁的厚度和尺寸。最后,红外测温的纹路被用来解释在冷却阶段和与最后一部分特性相关的过程中发生了什么。关键词:吹塑;冷却;红外热像仪;聚合物加工1 引言在中等大小的瓶子挤出吹塑成型过程中,冷却阶段占了整个周期的很大一部分,对聚合物微观结构的发展和模压制品的最终性能产生了深远影响。在模具吹塑部分的冷却过程中,热量通过对流(聚合物/ 内壁的空气界面)和传导(聚合物/模具壁界面的金属)传递。一旦打开模具,该部分将继续通过表面的自然对流冷却。几位作者 [1–4]已开发了预测该部分的温度分布的数值算法。他们的努力价值是有限的,因为代表不同的传热机制的传热系数的值是不确定的。由于这些原因,红外热像技术本身可以作为一种能够映射吹塑成型件在冷却过程中的不同阶段的受热历程的互补技术[5–7]。2 实验装置参数的研究是在一个装有机油瓶模具的连续挤出吹塑成型机(巴顿菲尔-菲舍尔 fbz1000)上完成的。模具是组合式的且有五个可互换的零件。型腔是由顶块,中间块和底块组成,每个都有自己的冷却回路。这三块被安装在后板内和中间块可交换嵌入物位置(图 1)。模具型腔高 220 毫米,宽 100 毫米,深50 毫米。在这项研究中,一个平坦的嵌入物被用于中间块来确保塑料和模具之间是一个完整的联系体。一个分流模(FZ30 毫米)被用于这项研究。图 1 模具结构(型腔和冷却线) 。这台机器设置能改变几个操作参数如模具间隙,通胀压力,熔体温度,冷却时间和冷却液温度。开模后直接测定塑料瓶的温度分布,同时其余的附着在吹管上。采用艾格玛 900 长波红外摄像机。温度计覆盖瓶子的一个地方描述如下:短边角宽侧。通过一个红外相机测量温度是一种非接触式技术,这样记录的温度本身不被测量干扰[ 8 ]。利用这种技术,零件表面温度高低和温度分布都可以被观察到。红外摄像机配备了 HgCdTe 传感器;它的光谱响应是围绕 8–12 毫米的远红外光谱的。它的敏感性在 0.08 到 30 摄氏度,且有 0.5%的可重复性。272 行 68列的红外帧以 30 赫兹的速率在后续处理过程中被实时存储在硬盘。由于聚合物对红外辐射的半透明性,红外摄像机只能够提供过程中关于平均或整体温度的热信息,此外,还拍摄了固体瓶放在这个支撑(固定摄像机的角度)来测量其尺寸和尺寸稳定性。这允许通过叠加图像上的网格比较不同的生产出来的瓶。最后,瓶子壁厚在从距离底部 80 毫米处沿圆周测量的。图 2 实验装置3.材料表一尺寸材料性能高密度聚乙烯 增强聚乙烯密度(g/cm3) 0.951 0.92熔融指数(g/10 min) 0.14 0.85维卡软化点(℃) 129 105极限伸长率(%) 600 650拉伸强度 (MPa) 27 53表二操作条件高密度聚乙烯 增强聚乙烯模具间隙(mm) 2–4 2–4熔融温度(℃) 220–240 190–210模具温度(℃) 9–21 9–21喷吹压力(bar) 3–7 3–7冷却时间(s) 10–20 8–11两种不同的材料被用于这项研究。一个是典型的吹塑成型的高密度聚乙烯(HDPE)-(道琼斯指数/ polisur 70055l)和增强聚乙烯( MPE)使用金属茂引发剂科技生产(道琼斯指数 Elite 5100)。材料的基本特性在表 1 中给出。由于材料的分子结构的不同,在挤压过程中会产生不同的型坯膨胀和松弛行为。通过对挤出型坯的直径和厚度测量得到一个粗略的估计,都接近模具在型坯的底部。如图 3 所示为分别对高密度聚乙烯和增强聚乙烯的型坯截面的比较(顶部和底部)。高密度聚乙烯膨胀度很大,似乎也有较低的熔体强度。这样导致其型坯壁厚沿其长度分布。另一方面,增强聚乙烯具有较低的膨胀和较低熔体强度,奇怪的是从而导致其型坯沿其长度具有更均匀的厚度。这些差异会对吹塑部分的绝对和厚度分布值有强烈影响,因而对它的冷却过程有很大影响。4.加工参数一个简单的实验方案的设计使用了不同的加工参数。一个描述参数变化时,所有其它参数保持在恒定的平均值。对参数变化范围的总结在表 2 中给出。由于不同的材料的行为,高密度聚乙烯和增强聚乙烯具有不同的熔体温度和冷却时间。高密度聚乙烯熔体的温度变化在 220 和 240 摄氏度之间,增强聚乙烯熔体温度变化范围在 190–210 摄氏度之间。至于吹塑时间,变化如下:高密度聚乙烯是 10,15 和 20 秒;增强聚乙烯是 5,8 和 11 秒。因为增强聚乙烯较短的下降时间所以用较低的温度和较短的冷却时间。模具温度是通过冷却液的流量和温度的变化控制。温度设定在 4,10 和 21 摄氏度。采用热电偶插入模具表面测量模具实际温度。模具间隙也随机器的控制单元改变而改变。由于伺服油缸的使用,模具中的芯轴可轴向移动。因为心轴是圆锥形状的,通过移动芯棒可改变模具间隙,图 4。每个参数变化后,加工过程可以达到稳定的条件。当改变模具温度和喷吹压力时这种稳定期似乎是相当重要的。图 4 模具的间隙变化 5.结果大多数演示冷却条件对吹塑模制零件的最终性能的影响的研究并没有仔细确认吹塑之前型坯与模具中的温度分布。这两个条件对成型结果的综合理解是至关重要的。型坯的底部虽然较厚,但在一般情况下,因为暴露周围的空气中的时间长,因此具有较低的温度。在我们的研究中,高密度聚乙烯型坯(24 摄氏度)与增强聚乙烯(15 摄氏度)相比具有较大的轴向的温度差(从上到下)。这是通过对红外相机测量的温度分布说明的,图 5 和 6 是高密度聚乙烯的型坯和增强聚乙烯型坯。每一种情况下的模具间隙为 3 毫米。高密度聚乙烯,熔体温度是 230 摄氏度,增强聚乙烯是 200 摄氏度。图 5 显示的是高密度聚乙烯的型坯温度图像,而图 6 是增强聚乙烯型坯温度图像。图 7 中,在先前的两个图像的比较下,温度沿着垂直线剖面显示。对于增强聚乙烯的,增强聚乙烯的低膨胀率,高凹陷产生更多的等温型坯。这种情况可能是由于不同的膨胀模式。在膨胀过程中,型坯会接触模具壁,模具壁的表面温度分布通过冷却通道的位置和特点决定[10,11]。要检测模具腔冷却温度的差异,需要利用温度控制单元使模具冷却下来。选择冷却液温度为 4 摄氏度。待型腔内部的温度分布均匀后,迅速加热。在这个加热阶段,由于在模具腔中的不同位置加热速度的差异,腔的温度变化的不连续性可以被观察到。一段时间后,由于热补偿腔内温度再次分布均匀。在红外相机测量模腔之前,待测的型腔部位已被涂上高发射率黑漆来提高模具的发射率。通常,铝制模具的发射率很低[ 8,9 ]。图 8 显示了开始加热 360 秒后型腔的温度分布。容易观察到在这个时候温度分布最不均匀。图 9显示的是两个特定的点温度发展随时间变化的比较。这两个点 1 点和 2 点,在图 8 中用两个十字符号标出。点 1 位于腔体的中心位置,而点 2 位于腔的角落位置。图 9 表明,腔体的中心地区(宽侧)的热传递比在角落更有效。模腔内的最大温度差约 10 摄氏度并在开始加热 360 秒后达到也能被观察到。这些温度梯度是通过使用过的插入型腔中间引起的。冷却通道内插入被定位在比在模具内其余部分更靠近型腔表面。模具冷却所示的差异也会影响塑件本身的温度分布。图 5. 模具间隙 3 毫米和熔体温度 230 摄氏度条件下的高密度聚乙烯型坯的温度分布图 6. 模具间隙 3 毫米和熔体温度 200 摄氏度条件下的增强聚乙烯型坯的温度分布 图 7. 型坯的温度的垂直廓线(mPE 和 HDPE) 图 8. 加热 360 秒后的模具型腔的温度分布。瓶子生产后,通过一个壁厚感应仪测量成品零件的壁厚。它由一个测量头和一个球组成。把球放在瓶内而测量头沿瓶外表面驱动。由于测量头与球的磁力吸引行为,球跟随着测量头,球和测量头之间的间隙距离得以确定,如图10壁厚是沿着模具的底部上方80 毫米处的一个特定的线路测量的。图中,把线的长度归一化。从瓶子中间宽的一边开始(图11 中标 1的点处)。瓶子壁厚结果表明壁厚(对高密度聚乙烯和增强聚乙烯)与冷却时间异常的加工条件无关的(图10)。正如预期的那样(由于圆柱形模具的使用),较短的一边(较高的吹胀比)较宽侧低厚度(较低的吹胀比)。也可以看出高密度聚乙烯和增强聚乙烯的厚度分布是非常不同的,增强聚乙烯是一个几乎均匀厚度的短边。这可能是由于增强聚乙烯能够延伸到角落,即使碰到瓶子的大侧边的模壁。此外,由于增强聚乙烯的低膨胀,其有较低的总厚度值。塑件的温度分布是开模后直接测量,而瓶子在底针被保持几秒。对于壁厚,需要研究高密度聚乙烯和增强聚乙烯冷却条件的影响。得到一个定性的比较,图12表示的是在充气压力的影响的检测过程中生产的高密度聚乙烯瓶子的一个典型的红外图像。该瓶的表面定量温度测量是沿着一条覆盖大约四分之一的圆周的线做的。这条特定的线在图12 的红外图像中显示。线从瓶子的短的位置的中间开始,在瓶子的宽的位置中间结束。一个无量纲距离(0=中间短边;1=中间宽侧)是用来显示结果的。沿着这条线的壁厚和在同一温度一起显示来表示对其温度分布的影响。很明显温度分布与所使用的模具间隙成正比。对于较小的模具间隙,在模具打开时可以得到一个更均匀的温度分布。较高的熔体温度只导致在模具打开时温度的变化而没有的改变任何空间分布的形状。
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