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第1章 简介1

1.1 微孔塑料的发展历史1

1.2 微孔塑料的优点和应用3

1.3 与微孔注射成型技术有关的专利和出版物6

1.4 本书提纲7

参考文献7

第2章 微孔注射成型基础理论9

2.1 微孔注射成型的基本步骤9

2.2 超临界流体（SCF）10

2.3 气体在聚合物熔体中的溶解度和扩散能力12

2.3.1 气体在聚合物熔体中的溶解度12

2.3.2 气体在聚合物熔体中的扩散速率28

2.3.3 气体－聚合物混合物的物理性能30

2.4 泡孔成核31

2.4.1 成核理论31

2.4.2 实验得到的成核结果35

2.5 泡孔长大41

2.5.1 泡孔长大模型41

2.5.2 泡孔尺寸分布44

2.5.3 压力对泡孔尺寸的影响44

2.5.4 拉伸黏度对泡孔长大的影响45

2.6 在模具内成型45

参考文献45

第3章 微孔材料的形态结构48

3.1 批处理和注射成型所得试样形态结构的差异49

3.2 不同材料微孔注塑件的形态结构51

3.2.1 非结晶性材料51

3.2.2 结晶性材料52

3.2.3 共混物和配混材料54

3.2.4 增强材料和填充材料55

3.2.5 生物聚合物58

3.3 泡孔结构表征59

3.3.1 微孔注射成型注塑件横截面的表层－芯层结构59

3.3.2 芯层处的泡孔结构60

3.3.3 界面处的泡孔结构63

3.3.4 表层处的泡孔结构63

3.4 泡孔结构对微孔质量的影响64

3.4.1 泡孔尺寸和密度64

3.4.2 表层厚度69

3.4.3 纤维取向70

3.5 其他特殊泡孔结构71

3.5.1 超微孔形态结构71

3.5.2 双峰泡孔结构71

3.5.3 开孔结构72

3.5.4 不同气体制备的泡孔结构73

3.6 结论73

参考文献74

第4章 微孔注射成型用材料76

4.1 聚合物的结构和特征77

4.1.1 聚合物的种类77

4.1.2 聚合物的结构77

4.2 结晶性材料79

4.2.1 微孔成型用结晶性材料的共性80

4.2.2 聚丙烯（PP）的微孔成型81

4.2.3 聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）的微孔成型83

4.2.4 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的微孔成型85

4.2.5 聚酰胺（PA，尼龙）的微孔成型86

4.2.6 聚甲醛（POM）的微孔成型86

4.2.7 聚苯硫醚（PPS）的微孔成型87

4.2.8 其他重要半结晶性材料的微孔成型88

4.3 非结晶性材料89

4.3.1 非结晶性材料微孔泡沫的一般性能90

4.3.2 GPPS的微孔成型90

4.3.3 PC的微孔成型90

4.3.4 其他重要非结晶性材料的微孔成型92

4.4 填料填充的材料94

4.4.1 有机填料94

4.4.2 无机填料95

4.4.3 填料对微孔成型和注塑件性能的影响96

4.4.4 PP中的成核剂99

4.4.5 PP中的透明剂99

4.5 纤维增强材料100

4.5.1 有机纤维100

4.5.2 无机纤维101

4.6 纳米材料增强复合材料102

4.6.1 纳米粘土填充的PE-HD103

4.6.2 纳米粘土填充的PA6103

4.6.3 纳米粘土填充的PP104

4.6.4 纳米粘土填充的GPPS104

4.6.5 纳米粘土填充的PE-LD104

4.6.6 纳米粘土填充的PBT105

4.7 共混物和配混材料105

4.7.1 Nory1？的微孔成型106

4.7.2 丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ABS）的微孔成型108

4.7.3 PC/ABS合金109

4.7.4 PC/PBT合金110

4.7.5 交联EVAC的微孔成型111

4.7.6 Kraton G-7722的微孔成型111

4.7.7 不相容共混物的微孔成型111

4.8 金属粉末112

4.9 生物聚合物113

4.9.1 加工参数对PCL可发泡性的影响115

4.9.2 发泡剂对PCL可发泡性的影响115

4.9.3 分子结构改性对PLA可发泡性的影响116

4.9.4 填料对PLA可发泡性的影响116

4.9.5 植物蛋白质泡沫116

4.9.6 生物聚合物共混物117

参考文献117

第5章 微孔注射成型设计120

5.1 注塑件设计120

5.1.1 注塑件几何形状设计120

5.1.2 注塑件的性能126

5.1.3 微孔注塑件的组装137

5.2 模具设计137

5.2.1 模具材料137

5.2.2 模具表面涂覆和结构化139

5.2.3 模具排气141

5.2.4 模具分流道和浇口143

5.2.5 模具冷却系统148

5.2.6 模具推出系统149

5.3 材料性能与减重幅度150

5.3.1 拉伸强度模型151

5.3.2 弯曲强度模型153

5.3.3 Izod冲击强度模型153

5.3.4 拉伸强度模型应用结果154

5.3.5 弯曲强度模型应用结果156

5.3.6 冲击强度模型应用结果157

5.3.7 微孔注塑件力学性能的提高157

5.3.8 力学性能建模和改进方法的有关结论159

5.4 通过模具设计和注塑件设计提高表面质量159

5.4.1 材料160

5.4.2 通过注塑件设计解决表面质量问题160

5.4.3 通过模具设计解决表面质量问题161

参考文献162

第6章 微孔泡沫注射成型工艺164

6.1 气体计量164

6.1.1 微孔泡沫用螺杆的塑化量164

6.1.2 气体计量量167

6.1.3 气体计量压力设定173

6.1.4 气体计量时间175

6.1.5 气体计量结论175

6.2 气体混合和扩散176

6.2.1 混合的影响176

6.2.2 温度的影响179

6.2.3 压力的影响180

6.2.4 停留时间的影响181

6.2.5 材料的影响182

6.2.6 微孔成型第一阶段的实验结果183

6.2.7 对空注射并确定单相溶液的质量190

6.2.8 有关气体混合和分散的结论193

6.3 成核和初始泡孔长大193

6.3.1 注射过程中的成核理论193

6.3.2 温度的影响194

6.3.3 压力降速率的影响194

6.3.4 注射速度的影响197

6.3.5 成核位置的影响198

6.3.6 材料的影响198

6.3.7 气体用量的影响200

6.4 充模分析201

6.4.1 注射速度202

6.4.2 注射速度曲线205

6.4.3 模具温度207

6.4.4 收缩和翘曲208

6.4.5 脱模208

6.4.6 通过加工来提高表面质量208

6.4.7 优化微孔注射成型工艺213

6.4.8 模具温度对微孔注射成型的影响215

6.4.9 湿度对微孔注射成型的影响216

6.4.10 微孔注射成型时熔体温度的影响218

6.4.11 微孔注射成型过程中出现的问题及其解决方案218

6.5 微孔注射成型与气体辅助注射成型的比较220

6.5.1 气体和熔体相220

6.5.2 气体压力220

6.5.3 模具设计221

6.5.4 模具冷却221

6.6 微孔注射成型与结构发泡成型的比较222

6.6.1 厚度和泡孔尺寸222

6.6.2 第一阶段的压力222

6.6.3 性能变化222

6.6.4 设备222

6.7 微孔注射成型与传统注射成型的比较222

6.7.1 保压阶段222

6.7.2 压力222

6.7.3 冷却223

6.7.4 脱模223

6.7.5 设备223

6.7.6 成型周期223

6.8 微孔注射成型与微孔挤出成型的比较224

6.8.1 连续过程（挤出成型）与非连续过程（注射成型）的比较224

6.8.2 螺杆设计和性能224

6.8.3 成核224

6.8.4 定型过程224

6.8.5 物料225

6.8.6 压力225

6.9 微孔注射成型与微孔中空成型的比较225

6.9.1 连续型坯挤出225

6.9.2 中间过渡型坯工艺226

参考文献226

第7章 微孔注射成型装置228

7.1 微孔注射成型的两个阶段228

7.2 往复式螺杆注射成型机229

7.2.1 单向阀和阀浇口230

7.2.2 微孔注射成型用螺杆和机筒236

7.2.3 微孔注射螺杆头252

7.2.4 锁紧装置257

7.2.5 微孔注射成型装置的结构及参数260

7.2.6 微孔注射成型的液压系统266

7.2.7 微孔注射成型的控制系统272

7.2.8 美国塑料工业协会气体计量过程的指导原则273

7.3 挤出机与注射成型机的结合274

7.3.1 挤出机上的SCF计量装置275

7.3.2 注射柱塞装置275

7.3.3 保持挤出机内压力的方法275

7.3.4 螺杆－柱塞式注射成型机的发展276

7.4 SCF输送系统设计276

7.4.1 物理发泡剂277

7.4.2 泵对发泡剂加压277

7.4.3 气体注射器设计278

7.4.4 气体计量控制系统280

7.4.5 气体调节器281

7.4.6 气体输送系统的安全281

7.5 气体计量用的烧结金属环（Optifoam？）282

7.6 气体计量用的动态混合器（Ergocell？）283

7.7 气体计量时在密封的料斗中加气（ProFoam？）283

7.8 微孔成型的设备改造283

7.9 液体硅橡胶的气体计量混合器284

7.10 微孔注射成型的配套装置284

参考文献285

第8章 特殊工艺287

8.1 共注射（夹芯）成型微孔注塑件287

8.1.1 微孔共注射成型的充模分析287

8.1.2 微孔共注射用材料292

8.1.3 微孔共注射方法292

8.1.4 微孔共注塑件和模具设计294

8.1.5 微孔共注射成型结论301

8.2 气体反压注射成型302

8.2.1 气体反压注射成型工艺302

8.2.2 模具和注塑件设计304

8.2.3 气体反压模具的气体控制系统305

8.2.4 气体反压注射成型微孔注塑件的结构和物理性能306

8.3 叠塑308

8.4 反向铸压310

8.5 叠塑与反向铸压共用工艺312

8.6 冷热模具工艺313

8.7 不减重的超微孔结构314

8.8 发泡最轻时的最低气体用量315

8.9 微孔泡沫中所用的化学发泡剂315

8.9.1 产生N2的化学发泡剂316

8.9.2 产生CO2的化学发泡剂316

8.9.3 化学发泡剂改善熔体充模流动性能及缩短冷却时间316

8.9.4 使用化学发泡剂时的设计建议317

8.9.5 使用化学发泡剂时的加工建议317

8.9.6 吸热／放热混合型发泡剂318

8.9.7 化学发泡剂成型时出现的问题及其解决方案318

8.9.8 化学发泡剂方面未来的工作319

8.10 水作发泡剂320

8.11 应力发泡321

8.12 微孔金属注塑件322

8.13 局部微孔泡沫324

8.14 薄壁微孔泡沫325

参考文献327

第9章 微孔注射成型的模拟329

9.1 裹气材料的流变性能数据和pVT数据329

9.1.1 超临界流体和塑料熔体混合物的流变性能330

9.1.2 超临界流体和塑料熔体混合物的pVT数据库338

9.2 微孔注射成型的Moldflow模拟339

9.2.1 理论340

9.2.2 实验与模拟344

9.3 微孔注射成型的简单模拟357

9.3.1 黏度模型358

9.3.2 气体溶解度和浓度的计算361

9.3.3 气体扩散的计算361

9.3.4 泡孔长大的计算362

9.4 MuCell？工艺充模模拟的指导原则363

参考文献364

第10章 微孔注射成型注塑件的后加工与性能测试366

10.1 微孔注塑件的焊接366

10.1.1 技术原理367

10.1.2 焊接方法367

10.1.3 PA6和PA66的实验结果370

10.1.4 超声波焊接其他材料的实验结果375

10.2 表面抛光和喷涂376

10.2.1 表面抛光376

10.2.2 喷涂376

10.3 后冷却377

10.4 脱气过程377

10.5 微孔注塑件的性能测试377

10.5.1 冲击性能测试378

10.5.2 拉伸性能测试378

10.5.3 弯曲性能测试378

10.5.4 动态力学性能分析378

10.5.5 低剪切流变性能测试378

10.5.6 热性能测试378

10.5.7 收缩率测试378

10.5.8 燃烧性能测试378

10.5.9 声学性能测试379

10.5.10 密度测试379

参考文献379

第11章 微孔注射成型制品的市场与应用380

11.1 微孔注射成型制品的市场分析380

11.1.1 低成本产品380

11.1.2 高质量产品381

11.1.3 微孔结构的独特性能382

11.1.4 绿色产品382

11.1.5 其他382

11.2 典型应用案例研究383

11.2.1 薄壁注塑件383

11.2.2 汽车件385

11.2.3 五金件391

11.2.4 电气部件392

11.2.5 精密成型件394

11.2.6 医疗器件394

11.2.7 金属和陶瓷粉末注塑件395

11.2.8 高性能工程材料395

11.2.9 特殊微孔结构395

11.2.10 微孔发泡瓶395

11.3 未来的研究课题及潜在应用396

11.3.1 超微孔注塑件396

11.3.2 特殊功能注塑件396

11.3.3 采用超临界流体的特殊加工397

参考文献398

第12章 微孔注射成型的成本节省399

12.1 材料节省400

12.1.1 基材400

12.1.2 发泡剂401

12.1.3 添加剂401

12.2 模具402

12.3 设备403

12.4 成型过程406

12.4.1 冷却过程406

12.4.2 保压407

12.4.3 注射时间407

12.4.4 螺杆回位时间407

12.4.5 脱模时间407

12.4.6 特殊微孔加工技术——海豚皮技术408

12.4.7 薄壁成型的微小泡孔408

12.4.8 低黏度熔体408

12.4.9 其他408

12.4.10 成型周期缩短的经验总结408

12.5 尺寸稳定性409

12.5.1 保持尺寸公差的夹具409

12.5.2 后热处理409

12.5.3 后机械加工409

12.5.4 根据组装尺寸分组409

12.6 微孔泡沫的性能提高410

12.6.1 隔热性能410

12.6.2 减振性能410

12.6.3 隔声性能410

12.6.4 质轻410

12.6.5 无应力注塑件410

12.6.6 通过将不同材料组合实现特定性能411

12.6.7 可回收的废旧材料411

12.7 投资回报分析（ROI）411

12.8 不同成型工艺的成本比较411

12.9 节能案例分析412

参考文献416

附录417

附录A 压力降速率dp/dt公式（第7章）417

附录B 模板变形量相同时锁紧载荷W与支撑距离L间的关系（第7章）418

附录C 发泡与未发泡注塑件的拉伸强度比（第5章）418

附录D 实际减重比的计算（第5章）419

附录E 发泡与未发泡注塑件的弯曲强度比（第5章）420

附录F vm与vt之间的关系（第6章）420

附录G 喷嘴型流变仪环形槽黏度模型（第9章）421