車用LDPE件工藝的優化改進

朱曉東，王慶國，羅鯤翔

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

引言

眾所周知，從節能減排的角度看，在保持汽車必要性能的前提下，盡量減輕汽車自重視最有效的辦法，而盡量使用以塑料為標志的高分子材料是實現汽車減重的最為有效和有力的途徑。汽車輕量化的推進中，很多零部件已被塑料件所取代；就重型卡車來說，塑料件已被廣泛應用，如尿素箱、進氣扁管、車輪擋泥板等。但是塑料件跟金屬件相比在力學性能還是有很大差距的，提升塑料件的力學性能，盡可能彌補其與金屬件的差距就非常重要，這也是輕量化的前提。

針對塑料零部件經常出現斷裂、開裂問題的分析如下：無論什么塑料制品，最終開裂的本質原因是受力（內應力、外部力等）引起的。所以要防止塑料開裂，一方面要減小其受力的可能，從使用角度考慮這種方式不可控，也無從操作。另一方面就是要提高塑料抵抗力的能力，即提高其力學性能；從這一方面我們可改用性能高的塑料，或改進結構，優化工藝提升強度，退火消除內應力等。

完成了12處大型泵站更新改造安全鑒定報告的復核工作，組織專家對27處泵站項目的規劃任務完成情況、實施效益效果及存在的問題進行了分析和評價。

在上面兩個背景下，提升塑料零部件的力學性能具有很明顯的現實意義。本文針對LDPE(線性低密度聚乙烯)塑料件采用優化改進工藝參數而提升其力學性能。目前優化工藝參數采用的主要方法有：采取試模打樣，然后根據成型制品的外觀及性能再優化參數[1]。本次就是采取該方法對LDPE塑件的注塑參數進行優化。

在注塑生產過程中，優化工藝參數是保證制品質量的關鍵[2]。為使塑件的斷裂伸長率、拉伸強度、重量各指標都達到一個理想的狀態，提出了正交試驗法和模糊數學的綜合評判法相結合的方法，根據各工藝參數對制品質量方面影響的重要程度進行加權綜合評分，然后通過極差分析確定各因素及各因素的水平對綜合值的影響程度，確定出一組最優的工藝參數[3]。結合回歸分析對優化參數進行了再優化，并逐一評價了多個工藝參數對LDPE塑件綜合指標、斷裂伸長率、拉伸強度、重量的影響，獲得了生產LDPE塑件的最優工藝參數，為調試工藝和提高塑件的綜合質量提供了依據。

1 試樣制備與試驗方法

1.1 試樣制備

試驗用原料為線性低密度聚乙烯（LDPE），商品牌號為2426H；模具選用拉伸標準試樣模具；注塑機選用寧波海天注塑機，型號為MA2500/1000；采用注塑成型工藝制備拉伸試樣，試樣尺寸符合 GB/T1040.2-2006中模塑樣規定的 1A型尺寸要求。

制備試樣時，用純原料清洗料筒，料筒與噴嘴之間的溫度設置在 200-220℃之間，模具采取自然冷卻方式，不接冷卻水。試驗考察的工藝參數為注塑壓力，注塑速度，保壓壓力，保壓速度，保壓時間和冷卻時間，每個工藝參數取2個水平，參照 L8（27）表和 DOE 設計試驗，各水平值如表 1所示。

表1 試驗因素和水平Tab.1 Levels and factors of the experiment

1.2 試驗方法

用 CMT6104型微機控制電子萬能試驗機測試試樣的拉伸強度和斷裂伸長率，用 AL204型電子天平稱量試樣重量（質量）。注塑機其它參數不變，上述六因素按各試驗號對應的參數進行設置。按實驗號依次進行制樣，每種試驗連續注塑5模，并依次進行序號標記。試樣脫模后在GHS-80型的恒溫恒濕箱內調節24小時，溫度設置為23℃，濕度設置為50%。測試環境溫度和濕度由空調、加濕器和濕度計控制在23±2℃、50%±10%之內，拉伸速率為 50mm/min。各組試樣分別按標記標號進行測試。拉伸強度、斷裂伸長率、重量均取5個試樣的平均值。

斷裂伸長率指標與各因素的回歸方程：

2 試驗結果與討論

2.1 工藝參數的優化

農業機械化科學研究院在“十一五”期間研制了9BQM-3.0型氣力式免耕播種機，如圖7所示。該設備不受種子外形尺寸和重力等物理特性的影響，可以實現單粒體高速排種；在不更換任何零部件的情況下，能滿足人工種植草場、天然草場的補播和各類大田作物種子的條播要求，適應性廣、播種均勻；能夠在田間實現破茬、開溝、播種、覆土、鎮壓和鋪平等聯合作業。

根據回歸方程及上述圖表，按加權值的大小（重要程度）分別進行討論。

各個實驗指標（重量、拉伸強度、斷裂伸長率）的變化范圍（即最大值與最小值的差值）為P1=7.62-7.42=0.2，P2=13.3-11.4=1.9，P3=107-78=29，則可得系數 ai1=-1/P1=-5 (重量越輕越好，此系數為負值)，ai2=4/P2=2.2，ai3=5/P3=0.17。

表2 六因素二水平正交試驗結果及分析Tab.2 Result and analysis of orthogonal test with six factors at two levels

由表2可知5#試樣和7#試樣的重量最小，為7.42 g；3#試樣和6#試樣的拉伸強度最大，為13.3 Mpa；2#試樣的斷裂伸長率最大，為 107%。由極差分析可看到影響重量的主次因素順序為保壓壓力、注塑壓力、保壓速度，其它三因素影響程度相當且最小；影響拉伸強度的主次因素順序為注塑壓力、保壓壓力、注塑速度和保壓速度、保壓時間和冷卻時間；影響斷裂伸長率的主次因素順序為注塑壓力、注塑速度、保壓速度、保壓壓力和保壓時間，冷卻時間；影響綜合指標的主次順序為注塑壓力、保壓速度、注塑速度、保壓時間、保壓時間、冷卻時間。

不同工藝參數的實驗結果如表2所示。根據重量、拉伸強度和斷裂伸長率對LDPE塑件質量要求的重要程度給予加權評分，使之在最終分值中反映。綜合評分定為10，重量指標定為1，拉伸強度定為4，斷裂伸長率定為5，然后將多指標轉化為單一的綜合指標再進行計算分析，綜合加權評分公式為：

圖1 綜合指標正交試驗水平趨勢Fig.1 Level trend columnar section of integration capability in orthogonal experiment

根據表 2，分別以六因素的水平位為橫坐標，以同一因素的兩個相同水平下目標參數之和的平均值為縱坐標，做綜合指標的水平趨勢圖，如圖1所示。分析可知，第一因素水平值取25 Mpa，第二因素水平值取30Mpa，第三因素水平值取30%，第四因素水平值取10S，第五因素水平值取30Mpa，第六因素水平值取15S，得到A1B1C2D2E1F1的組合為優化參數。

由圖1可以看到，注塑壓力、注塑速度、保壓時間、冷卻時間對綜合指標的的影響趨勢是相同的，即：隨著注塑壓力、注塑速度、保壓時間和冷卻時間的增加，塑件的綜合性能均為遞減。而保壓速度和保壓壓力對綜合指標的影響趨勢是相同的，即：隨著保壓速度和保壓壓力的增加，塑件的綜合指標均為遞增。

2.3.2 拉伸強度指標

綜上所述，不動產測繪工作不僅是一項基礎性工作，同時也是一項復雜性工作，它對于測繪結果的準確性要求較高，在很大程度上影響著后續不動產的登記和管理。因此，在實際開展不動產測繪工作時，要根據實際情況選擇合適的測繪技術，同時有效分析不動產測繪工作中存在的問題，確保測繪水平和質量得到有效提升，最終促進我國測繪事業的進一步發展。

2.2 回歸分析及再優化

為了進一步明確各因素與試驗結果指標（重量、拉伸強度、斷裂伸長率和綜合指標）的數學關系，應用 Minitab軟件對表2數據進行多元線性回歸分析，回歸方程式如下：

重量指標與各因素的回歸方程：

拉伸強度指標與各因素的回歸方程：

式中,ppd為探測器讀出光功率;B為測試帶寬;λ為光諧振頻率;θ為探測器光電轉換效率;c為光速;h為普朗克常量;D為諧振腔直徑;Q為諧振腔品質因數。由式(1)可知:

綜合指標與各因素的回歸方程：

G：重量（g）δ：拉伸強度(MPa) L：斷裂伸長率(%) Z：綜合指標 A：注塑壓力(MPa) B：注塑速度(%) C：保壓壓力(MPa)D：保壓速度(%)E：保壓時間(s) F：冷卻時間(s)。得出的上述回歸方程，根據各項系數的正負和大小為調試工藝提供了指導，可以有效提升調試效率。

由式（2）各項系數看以看出：因素C和A比其它因素對重量的影響高，且C因素比A因素影響更高，且由圖1看出C因素對綜合指標影響程度靠后，表明其對綜合指標影響程度不大。所以為保證重量最輕，其中C因素值取15 MPa為最優。A因素綜合圖1、式（2）、式（3）、式（4）、式（5）可以看出：取25 MPa為最優。同樣 B 因素取30%為最優；D 因素取 30%為最優；E 因素取 10S為最優；F 因素取15S為最優。即得到最優化組合為A1B1C1D2E1F1，將上述各因素數值代入式（5）得出綜合指標值為9.46，跟表2相比明顯為最優。

2.3 各因素對各指標的關系討論

式中：ai為系數；yi為試驗指標，下標i,j表示第i組實驗的第j個指標。

2.3.1 斷裂伸長率指標

斷裂伸長率的高低是衡量塑件韌性好壞的的重要指標，一般來說塑料韌性越好，對應拉伸斷裂伸長率越高；韌性差或呈脆性時，對應的拉伸斷裂伸長率就越小；所以分析出影響斷裂伸長率高低的工藝因素有重要的指導意義。由式(4)可得出：影響斷裂伸長率的各因素從大到小的順序為：注塑壓力、保壓速度和保壓時間、保壓壓力、注射速度、冷卻時間。其中保壓壓力和保壓速度跟斷裂伸長率呈遞增關系，這說明在保壓過程中壓力和速度越大，塑件越密實，可以避免如氣孔等缺陷的出現，減小了塑件呈脆性斷裂的趨向，增大了塑件呈韌性斷裂的可能。而其余四因素跟斷裂伸長率呈遞減關系。注塑壓力和速度越高，易造成塑件的殘余引力過大和缺陷或氣孔的產生，使塑件更趨向脆性斷裂；保壓時間和冷卻時間對斷裂伸長率的影響相同，且時間越長，塑件易產生冷接縫，密度不均，制品內應力大等弊病[4]。

滄海桑田，萬古如斯。漢水，不僅是一條綠色生態之河、商旅黃金之河、文化大河、歷史大河和魅力大河，更是華夏文明的重要發源地和中華民族的母親河。

管道安裝過程中，產生焊接氣孔主要是由于其氣體并未全部排出，使得氣體殘留在焊接材料內部，并形成氣穴。產生焊接氣孔的缺陷，形成的焊接位置、危害以及形狀與焊接工藝、焊接形狀以及焊接材料有著密切的關聯。鑒于此，在管道安裝過程中，應保證焊接材料的質量，科學合理地選擇焊接的位置，并提升焊接工人的技術水平，提升焊接工藝，才能確保管道焊接的質量，從而提升管道安裝的水平，保證管道使用的可靠性和穩定性[2]。

2.3.3 重量指標

由式(3)可得出∶影響拉伸強度的各因素從大到小的順序為：注塑壓力、保壓壓力、保壓速度、注射速度、冷卻時間、保壓時間。由于前三因素對拉伸強度影響較大，而后三因素影響程度相當且都較小，可忽略后三因素的影響，所以只對前三因素做分析。在前三因素里注塑壓力跟拉伸強度呈遞減關系，從微觀結晶角度看，注射壓力低易生成大而完整的球晶體，注射壓力高能生成小而形狀不規則的球晶體。而球晶越規則完整，結晶程度就越高，結晶度越高對應的力學性能就越好。而保壓壓力和保壓速度與拉伸強度呈遞增關系，保壓壓力和保壓速度越高，使制品更密實，使拉伸強度更高。

重量是注塑制品的一個重要指標，由于注塑制品均為大批量生產，制品重量控制具有很大的經濟意義[5]。由式(2)可得出：影響重量指標程度較大的兩個因素是注塑壓力和保壓壓力，其余四因素影響都較小，可忽略其影響。其中注塑壓力與重量呈遞減關系；從結晶角度分析，注塑壓力越小，越利于結晶，對應的結晶度、密度和重量也會越高。而保壓壓力與重量呈遞增關系；由于聚乙烯成型收縮率大，需長時間對制品進行保壓，保壓壓力約為注塑壓力的30%-60%[6]。保壓壓力越大，越有利于防縮和補料，使塑件更密實，其對應的密度和重量也會越大。

盡管Technotime的TT651和651-24H機心是以ETA2892或其同類基礎機心為基礎， 718 (手動上鏈)、738 (自動上鏈) 和 791 (陀飛輪)系列卻是自產機心。不過，Laurent Alaimo認為公司并不能直接替代ETA。

2.4 最優參數的檢測驗證

由回歸分析得出的最優參數的方案組合為：A1B1C1D2 E1F1，即注塑壓力為25Mpa，注塑速度為30%，保壓壓力為15Mpa，保壓速度為30%，保壓時間為10S，冷卻時間為15 S。按此參數生產5模試樣，檢測數據如下：重量7.50g，拉伸強度13.4 Mpa，斷裂伸長率117%。由該檢測結果可證明：最優工藝參數使LDPE塑件的綜合指標均有了明顯的提高和改善。

3 結論

（1）影響LDPE塑件綜合指標最顯著的因素是注塑壓力和保壓速度，其次是注塑速度和保壓時間，保壓壓力和冷卻時間影響最小。

（2）影響LDPE塑件斷裂伸長率最顯著的因素是注塑壓力、保壓速度和保壓時間，其次是注塑速度和保壓壓力，冷卻時間影響最小。

（3）影響 LDPE塑件拉伸強度最顯著的因素是注塑壓力，其次是保壓壓力和保壓速度，注塑速度、冷卻時間和保壓時間影響最小。

（4）影響LDPE塑件重量最顯著的因素是保壓壓力和注塑壓力，其次是保壓速度和保壓時間，冷卻時間和注塑速度影響最小。

高校建設服務型機關黨組織是一項長期的、需要持之以恒的工作，通過構建以常態化的學習教育機制為基礎、以多渠道聯系服務機制為依托、以多樣化服務工作機制為核心，以科學化考評獎懲機制為動力、以多元化監督約束機制為制約、以強有力領導機制與投入機制為保障、以多元化社會參與機制為補充的長效機制，必能有效確保高校服務型機關黨組織建設的長效化，從而有效發揮機關黨組織和黨員的重要作用，有力推動高校各項事業科學、健康、快速的發展。

參考文獻

[1] 陳金偉,徐百平.模腔壓力曲線在注塑工藝參數優化中的應用[J]工程塑料應用2010年03期.

[2] 孫寶壽,鄧益民等.基于 DOE的注塑成型工藝參數優化[J].機械制造46卷第528期2008/8.

[3] 潘柏松,龔惠玲,劉紅.基于正交試驗法的注塑工藝多目標優化設計[J] 浙江工業大學學報2007年6月第35卷第3期.

[4] 楊鳴波,唐志玉.中國材料工程大典第6卷高分子材料工程（上）[M]北京∶化學工業出版社.2005.8.588-588.

[5] 王利霞,申長雨,張勤星.注塑制品重量的閉環控制[J]中國塑料.2005.6第19卷第6期.

[6] 陳青葵,盧金重,史兆俠.注塑成型 [M]北京∶化學工業出版社, 2006.8 72-72.