超聲功率對聚合物超聲熔融塑化的影響

蔣炳炎，齊鵬程，張勝，吳旺青，鄒洋

?

超聲功率對聚合物超聲熔融塑化的影響

蔣炳炎，齊鵬程，張勝，吳旺青，鄒洋

(中南大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，高性能復(fù)雜制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙，410083)

針對超聲塑化過程塑化速率、塑化質(zhì)量與超聲功率密切相關(guān)的問題，利用自行開發(fā)的聚合物超聲塑化實(shí)驗(yàn)裝置，選擇聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯(PP)和尼龍66(PA66)這3種高聚物材料為研究對象，進(jìn)行超聲功率影響因素實(shí)驗(yàn)、超聲塑化過程形態(tài)演變實(shí)驗(yàn)和超聲塑化速率影響因素實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明：超聲功率隨工具頭壓力的增大呈近似于正比例增大，且聚合物樣品聲阻抗越大，超聲功率增大幅度越大；超聲功率在超聲塑化初始階段急劇上升，達(dá)到最高點(diǎn)后小幅度下降，且結(jié)晶性的PA66超聲功率下降最慢，最后在聚合物樣品完全熔融時達(dá)到穩(wěn)定；超聲塑化速率隨超聲功率的增大而增大。

微注射成型；超聲塑化；超聲功率

微注射成型已成為微細(xì)加工成型的關(guān)鍵方法之一[1]。目前，常規(guī)微注射成型機(jī)多采用螺桿塑化方式，螺桿直徑在制造上存在最小直徑限制，因而塑化量也存在最小極限。毫克級微塑件需要的一次塑化量很小，采用常規(guī)微型注塑機(jī)成型時需設(shè)計(jì)較大流道，存在材料浪費(fèi)問題，對于大批量生產(chǎn)的注射成型不容忽視[2?4]。針對微小器件注射成型時采用常規(guī)螺桿塑化方式存在的原料浪費(fèi)嚴(yán)重、微制件質(zhì)量不高等問題[5?6]，提出超聲塑化方式予以解決。超聲塑化方式塑化時間短，能量集中，能夠解決螺桿塑化時最小塑化量的限制問題[7]。塑化速率和塑化質(zhì)量對超聲振動系統(tǒng)要求較高，當(dāng)超聲功率設(shè)置不合理時容易出現(xiàn)塑化不完全、塑化過慢和降解等現(xiàn)象[8?9]，為獲得較高的塑化速率和塑化質(zhì)量，必須研究超聲振幅、工具頭壓力等因素對超聲功率的影響以及超聲功率與形態(tài)演變兩者之間的相互作用關(guān)系。MICHAELI等[10?11]采用注射成型實(shí)驗(yàn)的方法研究了塑化參數(shù)對塑化效果的影響，發(fā)現(xiàn)振幅越大塑化效果越好，超聲功率過小塑化不完全；ZENG等[12]通過實(shí)驗(yàn)研究了不同超聲作用參數(shù)對粉末狀PP塑化效果的影響，探討了塑化不完全和燒焦的問題，發(fā)現(xiàn)只有選擇合適的超聲作用參數(shù)才能獲得理想的塑化效果；胡建良等[13]采用自制的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了聚合物超聲波熔融塑化實(shí)驗(yàn)，得出超聲波發(fā)生器電壓對超聲波功率的影響比工具頭壓力對超聲功率的影響更加明顯，但他們采用的測試對象為30 g塑料，塑化量過大，導(dǎo)致不同位置塑化不均勻?，F(xiàn)有研究只是采用超聲工藝參數(shù)對塑化質(zhì)量和塑化速率影響進(jìn)行簡單實(shí)驗(yàn)分析，未深入研究超聲功率與聚合物熔融塑化的關(guān)系。為此，本文作者采用自行設(shè)計(jì)的聚合物超聲塑化實(shí)驗(yàn)裝置，直接塑化0.5 g聚合物，通過單因素分析法研究發(fā)生器電壓、工具頭壓力和材料屬性對超聲功率的影響，研究聚合物熔融塑化形態(tài)演變和超聲功率的關(guān)系以及超聲功率對塑化速率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)材料

微塑件所需塑化量為毫克級，本文取500 mg，設(shè)計(jì)的塑化單元結(jié)構(gòu)如圖1所示。為便于拆卸，塑化單元設(shè)計(jì)成錐形，由2個半模配合后插入底座組成，塑化料筒設(shè)計(jì)為可更換式。由于塑化量較小，整個塑化腔由金屬包裹。為有效減少熱量散失，保證塑化過程的順利進(jìn)行，采用隔熱圈對塑化料筒進(jìn)行隔熱處理。

超聲塑化實(shí)驗(yàn)在自行研制的超聲塑化實(shí)驗(yàn)平臺[14]完成，具有功率自適應(yīng)功能，性能參數(shù)如下：超聲頻率為19.5 kHz，額定功率為500 W，超聲振幅為30 μm，電壓振幅調(diào)節(jié)范圍為100~300 V，塑化壓力范圍為0~30 MPa。記錄瞬時電流。超聲塑化實(shí)驗(yàn)平臺的振幅通過調(diào)節(jié)電壓實(shí)現(xiàn)，兩者呈線性關(guān)系，300 V時對應(yīng)最大振幅30 μm。采用3種不同類型的典型聚合物作為實(shí)驗(yàn)材料，這3種材料及其主要性能參數(shù)見表1。

圖1 聚合物超聲塑化單元結(jié)構(gòu)

表1 實(shí)驗(yàn)材料性能參數(shù)

1.2 相對密度測量法

研究超聲功率對聚合物塑化速率的影響需要測量塑化速率，但當(dāng)前技術(shù)無法對其實(shí)現(xiàn)精確測量，而聚合物顆粒界面消融達(dá)到無空隙狀態(tài)的時間是確定的，可通過測量聚合物顆粒界面完全消融所需時間來間接表征超聲塑化速率。超聲塑化過程中聚合物顆粒內(nèi)部和外部同時開始軟化向黏流態(tài)轉(zhuǎn)變，顆粒之間的間隙逐漸消失導(dǎo)致塑化腔中聚合物體積逐漸減小，聚合物相對密度逐漸增大，最后在界面完全消融時達(dá)到最 大[15?16]，因此，可采用測量超聲塑化過程塑化腔內(nèi)聚合物相對密度的方法判斷顆粒之間界面是否消融。

若直接對塑化后的樣品進(jìn)行相對密度測量，則不僅工作量大，而且會因?yàn)闇y量樣品的質(zhì)量和體積都會帶來誤差，造成累計(jì)誤差過大。本文采用間接測量方法，通過測量不同塑化時間聚合物被壓縮的體積反推密度的變化。在超聲工具頭上黏貼密封膠，分別在不同塑化時間時對工具頭與塑化料筒上表面平齊處劃線測得聚合物此時在塑化料筒中的體積，測量步驟如圖2所示。通過測得的參數(shù)計(jì)算求得不同時間段的相對密度并將其繪制成曲線，當(dāng)相對密度不再上升時，對應(yīng)時間即為聚合物界面完全消融時間。

圖2 工具頭位移測量步驟

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

研究材料類型、發(fā)生器電壓和工具頭壓力對超聲功率的影響規(guī)律。依次對PMMA，PP和PA66這3種聚合物材料在超聲塑化實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行塑化實(shí)驗(yàn)。稱取0.5 g聚合物顆粒投入塑化腔，調(diào)節(jié)工具頭壓力至15 MPa，作用時間設(shè)為10 s，逐次設(shè)置超聲發(fā)生器電壓為200，225，250，275和300 V。按0.2 s時間間隔取點(diǎn)，繪制10 s內(nèi)電流隨時間變化曲線，計(jì)算求得10 s內(nèi)電流平均值。在每種電壓下進(jìn)行3次塑化實(shí)驗(yàn)，取平均電流作為該電壓下的電流，計(jì)算獲得塑化10 s過程中的平均超聲功率。設(shè)置超聲發(fā)生器電壓為 250 V，逐次調(diào)節(jié)工具頭壓力為5，10，15，20和25 MPa，采用上述相同的方法計(jì)算獲得塑化10 s過程中的平均超聲功率。

研究超聲功率與形態(tài)演變的關(guān)系。稱取0.5 g聚合物顆粒投入塑化腔，取塑化工藝參數(shù)300 V/15 MPa的組合，逐次設(shè)置超聲作用時間為1，2，3，4，5，6，7，8，9和10 s。提取電流并計(jì)算獲得10 s內(nèi)超聲功率隨時間變化的曲線。采用本文提出的相對密度測量方法計(jì)算獲得相對密度變化曲線。對每個時刻的塑化樣品進(jìn)行拍照，以便研究超聲功率與形態(tài)演演變的關(guān)系以及超聲功率對塑化速率的影響。

研究超聲功率對塑化速率的影響規(guī)律。稱取0.5 g聚合物顆粒投入塑化腔，固定工具頭壓力到15 MPa，逐次設(shè)置超聲發(fā)生器電壓為200，220，240，260，280和300 V。按照相對密度測量方法測量各發(fā)生器電壓下聚合物界面完全消融的時間，進(jìn)而得出塑化速率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 超聲功率影響因素分析

超聲發(fā)生器電壓對不同聚合物超聲功率的影響如圖3所示。從圖3可見：隨著超聲發(fā)生器電壓增大，超聲功率近似于正比例增大；但在相同超聲發(fā)生器電壓下，超聲作用于不同聚合物時的超聲功率不同，PMMA消耗的超聲功率最大，PA66消耗的超聲功率最小。

實(shí)驗(yàn)采用的超聲發(fā)生器具有功率自適應(yīng)功能，為保證工作振幅不變，工作中負(fù)載變化會引起功率發(fā)生變化。本實(shí)驗(yàn)中僅實(shí)驗(yàn)材料存在區(qū)別，但實(shí)際輸出功率差別很大，說明超聲工具頭振動時在這3種材料中受到的阻力不同。這種情況的產(chǎn)生與材料的聲阻抗相關(guān)，這3材料固體和液體中的聲阻抗見表2[17?18]。PMMA材料的聲阻抗最高，在同樣時間內(nèi)工具頭克服阻力所作的功最多，因而超聲功率最高；PA66材料的聲阻抗最低，導(dǎo)致其超聲功率較低。

1—PMMA；2—PP；3—PA66。

表2 不同聚合物固體與熔體聲阻抗

超聲工具頭壓力變化對不同聚合物超聲功率的影響如圖4所示。從圖4可見：隨著工具頭壓力增大，超聲功率近似于正比例增大；當(dāng)工具頭壓力相同時，PMMA消耗的超聲功率最大，PA66消耗的超聲功率最小。這證實(shí)了聚合物材料聲阻抗對超聲功率造成的影響。

1—PMMA；2—PP；3—PA66。

2.2 超聲塑化形態(tài)演變過程

在發(fā)生器電壓為300 V、塑化壓力為15 MPa、塑化時間為10 s工藝參數(shù)下，不同聚合物在超聲塑化過程中超聲功率隨時間變化曲線如圖5所示。從圖5可見：PMMA消耗的超聲功率最高，PP的次之，PA66的最低。這3種材料的超聲功率曲線都呈現(xiàn)出先上升到最高點(diǎn)，然后平緩下降的趨勢，所不同的是上升至最高點(diǎn)所需的時間不同，PMMA在1.2 s時達(dá)到最高408 W，PP在4.4 s時達(dá)到最高315 W，而PA66則在4.6 s時達(dá)到最高276 W。超聲功率之所以先上升后下降，這與聚合物塑化過程中的形態(tài)演變相關(guān)。

1—PMMA；2—PP；3—PA66。

塑化過程中超聲功率及PMMA形態(tài)隨時間的變化如圖6所示。從圖6可見：PMMA顆粒在0.5 s時已沒有散料，塑化腔中所有顆粒都黏在一起；在1.0 s時，除與金屬接觸部分還存在明顯顆粒輪廓外，其他部分已融合在一起；在2.0 s時，外圍顆粒輪廓基本消失，達(dá)到完全熔融狀態(tài)；超聲功率在0~1.2 s內(nèi)迅速上升，在1.2~2.0 s內(nèi)緩慢下降，在2.0 s后超聲功率曲線近似于水平狀態(tài)。經(jīng)對比分析發(fā)現(xiàn)：在超聲功率達(dá)到最高點(diǎn)之前，PMMA大部分還處于顆粒狀態(tài)，顆粒之間縫隙較大，存在可壓縮空間，導(dǎo)致其相對聲阻抗較低；隨著塑化進(jìn)行，摩擦產(chǎn)生的熱量使顆粒外部逐漸軟化，顆粒之間的間隙逐漸消除，塑化腔內(nèi)聚合物顆粒逐漸變成1個不可壓縮的實(shí)心圓柱體，導(dǎo)致其相對聲阻抗逐漸增大；隨著塑化繼續(xù)，實(shí)心圓柱體繼續(xù)軟化，由固體變?yōu)橐后w，聲阻抗逐漸降低到液體時的值?；谏鲜雎曌杩棺兓^程，超聲功率曲線最高點(diǎn)(1.2 s，408 MPa)對應(yīng)塑化腔內(nèi)材料聲阻抗最高點(diǎn)，超聲功率從最高點(diǎn)下降到平緩狀態(tài)的起始點(diǎn)(2.0 s， 345 W)，對應(yīng)塑化腔內(nèi)圓柱實(shí)體聚合物逐漸熔融，達(dá)到熔體聲阻抗水平的起始點(diǎn)。

圖6 PMMA顆粒塑化過程中超聲功率隨時間的變化

為驗(yàn)證上述結(jié)論，實(shí)驗(yàn)測量相同工藝參數(shù)下不同時刻塑化腔中PMMA的相對密度，獲得PMMA相對密度隨時間的變化曲線，如圖7所示。從圖7可見：PMMA的相對密度在1.0~2.0 s內(nèi)迅速上升，在2.0 s時達(dá)到密度最高點(diǎn)，隨后趨于平緩。說明2.0 s后塑化腔中PMMA達(dá)到不可壓縮狀態(tài)，即顆粒完全熔融。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了前面結(jié)論。

圖7 PMMA顆粒塑化過程中相對密度隨時間的變化

塑化過程中超聲功率及PP形態(tài)隨時間的變化如圖8所示。從圖8可見：PP存在與PMMA相同的聲阻抗變化規(guī)律，超聲功率表現(xiàn)出先增大后下降的趨勢，所不同的是增大和下降的趨勢較PMMA平緩。同樣，為驗(yàn)證上述結(jié)論，獲得PP相對密度隨時間的變化曲線，如圖9所示。從圖9可見：5.0 s后塑化腔中PP達(dá)到不可壓縮狀態(tài)，即顆粒完全熔融。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了前面結(jié)論。

塑化過程中超聲功率及PA66形態(tài)隨時間的變化如圖10所示。從圖10可見：在超聲塑化過程中，PA66也存在與PMMA和PP相同的聲阻抗變化規(guī)律，超聲功率表現(xiàn)出先增大后下降趨勢，所不同的是增大和下降的趨勢較前兩者更平緩。實(shí)驗(yàn)測量PA66相對密度隨時間的變化曲線如圖11所示。從圖11可見：8.0 s后塑化腔中PA66達(dá)到不可壓縮狀態(tài)，即顆粒完全熔融。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了前面結(jié)論。

3種材料界面的完全消融時間如下：PMMA所需時間最短(2 s)，PP的次之(5 s)，PA66所需的時間最長(8 s)。超聲振動作用下PMMA塑化速率最快，這與材料本身的黏流溫度相關(guān)，PMMA的黏流溫度最低 (160 ℃)，其次是PP熔點(diǎn)(175 ℃)，最高的是PA66熔點(diǎn)(252 ℃)。PP和PA66的超聲功率變化曲線在顆粒界面完全消融后，并沒有表現(xiàn)出與PMMA一樣地平緩，經(jīng)分析認(rèn)為這與材料的結(jié)晶度相關(guān)。PP和PA66雖然顆粒界面完全消融，但內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)沒有完全熔融，因而，其相對聲阻抗會伴隨著材料中晶體的熔融而緩慢下降，從而導(dǎo)致PP和PA66的超聲功率變化曲線下降較慢。

圖8 PP顆粒塑化過程中超聲功率隨時間的變化

圖9 PP顆粒塑化過程中相對密度隨時間的變化

圖10 PA66顆粒塑化過程中超聲功率隨時間的變化

圖11 PA66顆粒塑化過程中相對密度隨時間的變化

2.3 超聲功率對塑化速率的影響

當(dāng)工具頭壓力為15 MPa時，超聲發(fā)生器電壓對不同聚合物顆粒界面消融時間的影響如圖12所示。從圖12可見：界面消融時間隨發(fā)生器電壓的增大而減小，曲線近似于反比例函數(shù)曲線；在相同電壓下，PMMA的顆粒界面消融時間最短，PP的次之，PA66的最長。

對圖12中PA66的顆粒界面消融時間隨發(fā)生器電壓變化曲線進(jìn)行反比例擬合，擬合方程為

式中：為顆粒界面消融時間，s；為超聲發(fā)生器電壓，V。

對圖3中PA66料的超聲功率隨發(fā)生器電壓變化曲線進(jìn)行線性擬合，擬合方程為

式中：為超聲功率，W。將式(2)代入式(1)得到PA66料的超聲功率與界面消融時間的關(guān)系為

由式(3)可見：在一定范圍內(nèi)，聚合物界面的消融時間隨超聲功率的增加而減小，即超聲塑化速率隨超聲功率的增大而增大。取所需塑化時間為1 s，以界面消融時間占塑化完成總時間50%計(jì)算，若在1 s內(nèi)對0.5 g PA66顆粒完成塑化，則按式(3)計(jì)算所需最小超聲功率為620 W。為盡量滿足大部分聚合物材料的成型效率，應(yīng)采用額定功率大于620 W的超聲波發(fā)生器。

3 結(jié)論

1) 隨超聲發(fā)生器電壓和工具頭壓力的增大，工具頭克服阻力所作功增大，所需超聲功率也顯著增大。在同樣工藝參數(shù)下，超聲發(fā)生器對不同類型聚合物所輸出的功率不同，超聲功率隨材料聲阻抗的增大而 增大。

2) 材料的黏流溫度會影響超聲塑化速率，黏流溫度越低，超聲塑化速率越快。在同樣工藝參數(shù)下，3種聚合物的超聲功率都表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，這與超聲塑化形態(tài)演變過程中聚合物的聲阻抗變化相關(guān)。此外，材料的結(jié)晶度也會影響超聲塑化過程中超聲功率的變化，結(jié)晶性的PA66和半結(jié)晶的PP與無定形的PMMA相比，其超聲功率下降更加緩慢。

3) 超聲塑化速率隨超聲功率的增大而增大。當(dāng)選取塑化量為0.5 g、塑化時間為1 s時，應(yīng)采用額定功率大于620 W的超聲波發(fā)生器。

[1] GIBOZ J, COPPONNEX T, MéLé P. Microinjection molding of thermoplastic polymers:a review[J]. Journal of Micromechanics and Microengineering, 2007, 17(6): 96?109.

[2] SANTIS F D, PANTANI R. Development of a rapid surface temperature variation system and application to micro-injection molding[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2016, 237(8): 1?11.

[3] DIETMAR, DRUMMER, GOTTFRIED, et al. Analysis and comparative assessment of different process technologies for manufacturing polymer micro-elements[J]. Materials Science and Engineering B Version of English and Chinese, 2012, 2(6): 347?362.

[4] ZHOU Shengtai, HRYMAK A N, KAMAL M R. Microinjection molding of polypropylene/multi-walled carbon nanotube nanocomposites: The influence of process parameters[J]. Polymer Engineering & Science, 2017, 152(1): 1?9.

[5] MICHAELI W, SPENNEMANN A, G?RTNER R. New plastification concepts for micro injection moulding[J]. Microsystem Technologies, 2002, 8(1): 55?57.

[6] HUANG Yalin, WEN Biyong. Analysis of the filling capability to the microstructures in micro-injection molding[J]. Applied Mathematical Modelling, 2009, 33(9): 3746?3755.

[7] ERUM Group. Ultrasonic moulding technology[EB/OL]. [2014-03-21]. http://www.erumgroup.com/blog/en/2014/03/ tecnologia-de-moldeo-por-ultrasonidos/.

[8] SACRISTáN M, PLANTá X, MORELL M, et al. Effects of ultrasonic vibration on the micro-molding processing of polylactide[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2013, 21(1): 376?386.

[9] PLANELLAS M, SACRISTáN M, REY L, et al. Micro-molding with ultrasonic vibration energy:new method to disperse nanoclays in polymer matrices[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2014, 21(4): 1557?1569.

[10] MICHAELI W, OPFERMANN D. Ultrasonic plasticising for micro injection moulding[C]//The Second International Conference on Multi-Material Micro Manufacture. Grenoble, France, 2006: 345?348.

[11] MICHAELI W, KAMPS T, HOPMANN C. Manufacturing of polymer micro parts by ultrasonic plasticization and direct injection[J]. Microsystem Technologies, 2011, 17(2): 243?249.

[12] ZENG Kun, WU Xiaoyu, LIANG Xiong, et al. Process and properties of micro-ultrasonic powder molding with polypropylene[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2014, 70(1/2/3/4): 515?522.

[13] 胡建良, 蔣炳炎, 李俊, 等. 聚合物超聲波熔融塑化實(shí)驗(yàn)研究[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2010, 41(4): 1369?1373. HU Jianliang, JIANG Bingyan, LI Jun, et al. Experimental study of polymer ultrasonic plastification[J]. Journal of Central South University (Natural Science), 2010, 41(4): 1369?1373.

[14] 吳旺青. 聚合物超聲熔融塑化技術(shù)與測試裝備研制[D]. 長沙: 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院, 2008: 28?29.WU Wangqing. Research on the technology of ultrasonic melting and the testing equipment of polymer[D]. Changsha: Central South University. School of Mechanical and Electrical Engineering, 2008: 28?29.

[15] 金日光, 馬秀清. 高聚物流變學(xué)[M]. 上海: 華東理工大學(xué)出版社, 2012: 2?15. JIN Riguang, MA Xiuqing. Polymer rheology[M]. Shanghai: East China University of Science and Technology Press, 2012: 2?15.

[16] WU Wangqiang, PENG Huajian, JIA Yunlong, et al. Characteristics and mechanisms of polymer interfacial friction heating in ultrasonic plasticization for micro injection molding[J]. Microsystem Technologies, 2017, 23(5): 1385?1392.

[17] KIMURA, 蘇皋聲. 采用聲阻抗匹配技術(shù)的寬帶聚合物超聲換能器[J]. 聲學(xué)與電子工程, 1989, 1(3): 41?46. KIMURA, SU Gaosheng. Broadband ultrasonic transducer with acoustic impedance matching technique[J]. Acoustic and Electronic Engineering, 1989, 1(3): 41?46.

[18] 牛今丹. 超聲換能器聲匹配層設(shè)計(jì)方法及其聲學(xué)特性研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)院, 2014: 26?37. NIU Jindan. The study of design method and acoustic properties of acoustic matching layer for ultrasonic transducer[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology. School of Science, 2014: 26?37.

(編輯 陳燦華)

Effect of ultrasonic power on polymer ultrasonic plastification

JIANG Bingyan, QI Pengcheng, ZHANG Sheng, WU Wangqing, ZOU Yang

(State Key Laboratory of High-Performance Complex Manufacturing,School of Mechanical and Electrical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Considering that plasticizing rate and quality are closely related to ultrasonic power in the process of ultrasonic plasticizing, a new ultrasonic plasticizing experimental device was designed. Using three different types of high polymer material, i.e. PMMA,PP and PA66 as the research objects, experiments were conducted to explore the influence of factors on ultrasonic power, ultrasonic plasticizing speed and morphological evolution during ultrasonic plasticizing process. The results show that the ultrasonic power increases with the increase of the pressure of the ultrasonic tool head, and the larger impedance of the polymer sample is, the higher increased amplitude of ultrasonic power becomes. The instantaneous ultrasonic power increases sharply at the early stage of ultrasonic plasticizing, decreases slightly after reaching the peak. The ultrasonic power of crystalline PA66 decreases most slowly, finally becomes stable when the polymer samples melt completely. The ultrasonic plasticizing rate increases with the increase of the ultrasonic power.

micro injection molding; ultrasonic plastic; ultrasonic power

10.11817/j.issn.1672?7207.2017.12.012

TQ320.66

A

1672?7207(2017)12?3224?07

2016?12?14；

2017?03?01

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51575540)；中南大學(xué)高性能復(fù)雜制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究課題(42840100602)( Project (51575540) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project (42840100602) supported by the Independent Laboratory Research of State Key Laboratory of High Performance Complex Manufacturing of Central South University)

蔣炳炎，博士，教授，從事高分子材料精密成型技術(shù)研究；E-mail：jby@csu.edu.cn