模內氣體反壓與動態模溫對不同黏土含量在聚丙烯/奈米複合材料微細發泡射出成型機械/發泡/表面/熱性質之影響

本研究利用超臨界流體微細發泡射出成型來射出高分子奈米複材，微細發泡射出成型可以克服產品冷卻時之收縮翹曲問題，但表面品質不佳，所以擬利用模內氣體反壓和動態模溫來克服表面品質問題。高分子奈米複材，只要添加小量的奈米材料就能在機械性質、熱性質和阻氣性質方面，提供比無添加奈米材更大的改良效果。本研究建立一套模內氣體反壓（Gas Counterpressure, GCP）與動態模溫（Dynamic Mold Temp.）系統，用來控制結晶性聚丙烯奈米複合材料（Polypropylene, PP），在微細發泡射出成型時的發泡行為，希望能夠藉由氣體反壓的壓力、持壓時間和不同冷卻速率，控制熔膠中超臨界流體(Super Critical Fluid, SCF)的發泡過程，如結晶度、皮層厚度、氣泡大小、氣泡密度、氣泡流動行為等，改善微細發泡射出成型品的機械強度與表面品質。本實驗將依照ASTM D638之標準拉伸試片，探討改變聚丙烯奈米複材之黏土含量（0.5、1、3 wt%）對不同氣體反壓壓力、持壓時間、冷卻速率，對聚丙烯微細發泡射出成型試片之機械性質、減重比、流長比、氣泡形態、表面品質與結晶度等影響。本實驗以氮氣（N2）作為發泡劑，比較結晶性材料之聚丙烯（PP）添加不同含量之黏土，經由傳統射出和微細發泡射出成型的拉伸試片，並進行機械性質和熱性質之研究。研究結果顯示出，傳統射出和微細發泡射出成型在機械性質方面，隨著黏土含量的添加，在0.5 wt%而有最大的提升抗拉強度，黏土含量為1、3 wt.%時之抗拉強度隨之下降，表示黏土有團聚現象，發泡之複材也有相同之趨勢，但是抗拉強度較傳統射出差一些。機械性質在無動態模溫且無反壓情形下，隨著奈米材料比例增加，抗拉強度增加，在添加為0.5 wt% 才有最大提升效果，在有反壓情況下，其趨勢和無反壓一樣，但隨著反壓壓力增加，其抗拉強度增加，但機械性質在有反壓情況下比無反壓情況差。機械性質在有動態模溫且無反壓情形下，隨其奈米材料比例增加，抗拉強度增加，在添加為0.5 wt% 才有最大提升效果，在動態模溫60 → 40 ℃其抗拉強度有最大提升效果，但隨著動態模溫增加，其抗拉強度降低，在有反壓情況下，其趨勢和無反壓有動態模溫一樣，但隨著反壓壓力增加，其抗拉強度增加，但機械性質在有反壓情況下比無反壓情況差。表面品質在傳統射出成型情形下，隨著奈米材料比例增加，表面品質變好，在微細發泡射出成型情況下，其表面品質比傳統射出成型情況差，在微細發泡射出成型情況下，隨奈米含量增加表面品質變好。表面品質在無動態模溫且無反壓情形下，隨著奈米材料比例增加，表面品質變好，在有反壓情況下，其表面品質比無反壓情況好，在動態模溫下且固定奈米比例下，模溫增加表面品質變好。發泡性質在無動態模溫且無反壓情形下，隨其奈米材料比例增加氣泡變小，在有反壓情況下，其趨勢和無反壓一樣隨奈米含量增加，氣泡變小。在動態模溫下且無反壓情形下，隨奈米含量增加，氣泡變小，在固定奈米比例下，模溫增加其氣泡大，但有反壓情況下，氣泡變小。研究結果顯示，動態模溫控制對於降低凝固層厚度較具效果，當凝固層厚度降低，拉伸強度則下降；動態模溫則對於氣泡尺寸增大與降低凝固層，有很大關係，在高模溫下平均氣泡尺寸大，拉伸強度下降，凝固層變薄，這有助於提高發泡性質，使減重比增加，高模溫可以改善表面品質問題。

關鍵字

氣體反壓；動態模溫；微細發泡射出成型；機械性質；奈米母粒；減重比；氣泡型態；表面品質；結晶度

並列摘要

This study investigated the effects of clay loading, gas counter pressure (GCP), GCP holding time, and dynamic mold temperature variation (DMTR) on the mechanical/foaming/flow/surface properties of microcellular injection molded PP/clay nanocomposites. Gas counter pressure is a device where Nitrogen is filled up the cavity during the injection molding process. It can delay the foaming process and affect injection molding process. The DMTR is a device which can change the cooling rate of the mold. The results showed from the process without DMTR that the tensile strength decreases with the counter pressure and increases as holding time increasing and addition of clay. While flow length decreases as holding time increases. The cell size decreases as the holding time and clay loading increases. The cell density is reverse to cell size. The process with GCP and addition of clay can increase the surface quality of the injection molded parts. While as the tensile strengths from DMTR are less than those without DMTR. The surface quality can be improved from the process with DMTR.

並列關鍵字

Polypropylene ； Microcellular ； Gas Counter Pressure ； Dynamic Mold Temperature Variation ； Mechanical property ； Flow Length ； Surface Quality ； Nanocomposites