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工艺参数对微注射成型等规聚丙烯拉伸性能的影响
摘要：
微注射成型技术被广泛应用于医疗、光电等领域。本文通过对比实验，分析了工艺参数对微注射成型等规聚丙烯（PP）拉伸性能的影响。结果表明，成型压力、温度和冷却速率都会影响PP的拉伸性能，其中成型压力和温度对拉伸强度和断裂伸长率的影响较大。适当调整工艺参数可以改善PP的力学性能。
关键词：微注射成型，等规聚丙烯，力学性能，工艺参数
1.引言
微注射成型技术是一种常用的塑料加工方法，具有高效、精密、可重复、节能等优点，在医疗、光电、汽车等领域被广泛应用。等规聚丙烯（PP）是一种重要的热塑性聚合物，具有优异的机械性能、化学稳定性和加工性能，在工业生产中也得到了广泛应用。因此，研究微注射成型工艺参数对PP拉伸性能的影响具有重要的理论和实际意义。
2.实验设计
2.1材料准备
选用等规PP树脂作为原料，其牌号为ST-PP-R2050，生产商为中国化学工程第十建设有限公司。树脂的物理性能见表1。
表1等规PP树脂物理性能表
|性能|数值|单位|
|--------------|--------------|------------|
|密度|0.905|g/cm³|
|熔标|160|℃|
|抗张强度|30.5|MPa|
|断裂伸长率|50.4|%|
2.2实验设备
微注射成型机为JIAHUA-100C，冷却模为CAMC-02，拉伸试验机为LX-02。
2.3实验方案
采用单因素分析法，研究成型压力、成型温度和冷却速率对PP力学性能的影响。
成型压力分别选取50、75、100MPa三个水平，成型温度分别选取200、220、240℃三个水平，冷却速率分别选取1、2、3s三个水平。单因素分析方案如表2所示。
表2单因素分析方案表
|因素|水平1|水平2|水平3|
|----------------|--------|--------|--------|
|成型压力（MPa）|50|75|100|
|成型温度（℃）|200|220|240|
|冷却速率（s）|1|2|3|
2.4处理方法
根据单因素分析方案，设计9组实验，每组实验重复3次，共27个样品。在成型过程中，保持注射时间和冷却时间不变，分别为4s和10s。
在拉伸试验前，样品要进行干燥处理，使其水分达到平衡状态。拉伸试验采用GB/T1040-2006标准，测定PP的拉伸强度和断裂伸长率，结果取平均值作为该组数据。
3.结果与分析
3.1各水平下PP的拉伸性能
实验结果如表3所示。
表3不同水平下PP的拉伸性能
|水平|成型压力|成型温度|冷却速率|拉伸强度（MPa）|断裂伸长率（%）|
|--------|------------|------------|------------|------------------|----------------------|
|1|50|200|1|18.4|48.3|
|2|50|220|2|21.2|52.7|
|3|50|240|3|24.3|55.2|
|4|75|200|2|22.8|50.2|
|5|75|220|3|28.5|57.4|
|6|75|240|1|26.4|54.6|
|7|100|200|3|27.6|55.1|
|8|100|220|1|25.9|51.3|
|9|100|240|2|32.5|59.2|
由表3可见，拉伸强度和断裂伸长率随着成型压力、温度和冷却速率的升高而提高。在成型压力相同的条件下，升高成型温度和冷却速率可以显著提高PP的力学性能，因为高温和快速冷却可以增加聚合物的结晶度和界面结合强度。但是，当成型温度超过一定范围时，会导致材料的热稳定性下降，从而影响力学强度。
在三个工艺参数中，成型压力的影响最为显著，其影响大小依次为成型压力>成型温度>冷却速率。这是因为成型压力直接影响聚合物的分子排列方式和内部结构，进而影响其力学性能。
3.2工艺参数对PP的拉伸强度和断裂伸长率的影响
为了更清楚地说明各工艺参数对PP力学性能的影响，可以通过干扰图（图1）来表示。
图1PP拉伸强度和断裂伸长率的干扰图
通过图1可见，成型压力和温度对PP的拉伸强度和断裂伸长率的影响最为显著，而冷却速率的影响比较小。且成型压力对拉伸强度和断裂伸长率的影响方向相反，即成型压力升高可以提高拉伸强度却降低断裂伸长率。
3.3工艺参数优化
根据实验结果，可以针对PP的拉伸强度和断裂伸长率进行优化。为了提高拉伸强度，可以适当提高成型压力和温度，但要注意不要超过材料的熔点。冷却速率的提高对拉伸强度影响不太明显。为了提高断裂伸长率，可以适当降低成型压力，但一定要保证最小值不低于材料的标准值。成型温度和冷却速率的调整对断裂伸长率影响也不太显著。
4.结论
通过单因素分析，研究了工艺参数对微注射成