车用LDPE件工艺的优化改进

朱晓东，王庆国，罗鲲翔

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

引言

众所周知，从节能减排的角度看，在保持汽车必要性能的前提下，尽量减轻汽车自重视最有效的办法，而尽量使用以塑料为标志的高分子材料是实现汽车减重的最为有效和有力的途径。汽车轻量化的推进中，很多零部件已被塑料件所取代；就重型卡车来说，塑料件已被广泛应用，如尿素箱、进气扁管、车轮挡泥板等。但是塑料件跟金属件相比在力学性能还是有很大差距的，提升塑料件的力学性能，尽可能弥补其与金属件的差距就非常重要，这也是轻量化的前提。

针对塑料零部件经常出现断裂、开裂问题的分析如下：无论什么塑料制品，最终开裂的本质原因是受力（内应力、外部力等）引起的。所以要防止塑料开裂，一方面要减小其受力的可能，从使用角度考虑这种方式不可控，也无从操作。另一方面就是要提高塑料抵抗力的能力，即提高其力学性能；从这一方面我们可改用性能高的塑料，或改进结构，优化工艺提升强度，退火消除内应力等。

完成了12处大型泵站更新改造安全鉴定报告的复核工作，组织专家对27处泵站项目的规划任务完成情况、实施效益效果及存在的问题进行了分析和评价。

在上面两个背景下，提升塑料零部件的力学性能具有很明显的现实意义。本文针对LDPE(线性低密度聚乙烯)塑料件采用优化改进工艺参数而提升其力学性能。目前优化工艺参数采用的主要方法有：采取试模打样，然后根据成型制品的外观及性能再优化参数[1]。本次就是采取该方法对LDPE塑件的注塑参数进行优化。

在注塑生产过程中，优化工艺参数是保证制品质量的关键[2]。为使塑件的断裂伸长率、拉伸强度、重量各指标都达到一个理想的状态，提出了正交试验法和模糊数学的综合评判法相结合的方法，根据各工艺参数对制品质量方面影响的重要程度进行加权综合评分，然后通过极差分析确定各因素及各因素的水平对综合值的影响程度，确定出一组最优的工艺参数[3]。结合回归分析对优化参数进行了再优化，并逐一评价了多个工艺参数对LDPE塑件综合指标、断裂伸长率、拉伸强度、重量的影响，获得了生产LDPE塑件的最优工艺参数，为调试工艺和提高塑件的综合质量提供了依据。

1 试样制备与试验方法

1.1 试样制备

试验用原料为线性低密度聚乙烯（LDPE），商品牌号为2426H；模具选用拉伸标准试样模具；注塑机选用宁波海天注塑机，型号为MA2500/1000；采用注塑成型工艺制备拉伸试样，试样尺寸符合 GB/T1040.2-2006中模塑样规定的 1A型尺寸要求。

制备试样时，用纯原料清洗料筒，料筒与喷嘴之间的温度设置在 200-220℃之间，模具采取自然冷却方式，不接冷却水。试验考察的工艺参数为注塑压力，注塑速度，保压压力，保压速度，保压时间和冷却时间，每个工艺参数取2个水平，参照 L8（27）表和 DOE 设计试验，各水平值如表 1所示。

表1 试验因素和水平Tab.1 Levels and factors of the experiment

1.2 试验方法

用 CMT6104型微机控制电子万能试验机测试试样的拉伸强度和断裂伸长率，用 AL204型电子天平称量试样重量（质量）。注塑机其它参数不变，上述六因素按各试验号对应的参数进行设置。按实验号依次进行制样，每种试验连续注塑5模，并依次进行序号标记。试样脱模后在GHS-80型的恒温恒湿箱内调节24小时，温度设置为23℃，湿度设置为50%。测试环境温度和湿度由空调、加湿器和湿度计控制在23±2℃、50%±10%之内，拉伸速率为 50mm/min。各组试样分别按标记标号进行测试。拉伸强度、断裂伸长率、重量均取5个试样的平均值。

断裂伸长率指标与各因素的回归方程：

2 试验结果与讨论

2.1 工艺参数的优化

农业机械化科学研究院在“十一五”期间研制了9BQM-3.0型气力式免耕播种机，如图7所示。该设备不受种子外形尺寸和重力等物理特性的影响，可以实现单粒体高速排种；在不更换任何零部件的情况下，能满足人工种植草场、天然草场的补播和各类大田作物种子的条播要求，适应性广、播种均匀；能够在田间实现破茬、开沟、播种、覆土、镇压和铺平等联合作业。

根据回归方程及上述图表，按加权值的大小（重要程度）分别进行讨论。

各个实验指标（重量、拉伸强度、断裂伸长率）的变化范围（即最大值与最小值的差值）为P1=7.62-7.42=0.2，P2=13.3-11.4=1.9，P3=107-78=29，则可得系数 ai1=-1/P1=-5 (重量越轻越好，此系数为负值)，ai2=4/P2=2.2，ai3=5/P3=0.17。

表2 六因素二水平正交试验结果及分析Tab.2 Result and analysis of orthogonal test with six factors at two levels

由表2可知5#试样和7#试样的重量最小，为7.42 g；3#试样和6#试样的拉伸强度最大，为13.3 Mpa；2#试样的断裂伸长率最大，为 107%。由极差分析可看到影响重量的主次因素顺序为保压压力、注塑压力、保压速度，其它三因素影响程度相当且最小；影响拉伸强度的主次因素顺序为注塑压力、保压压力、注塑速度和保压速度、保压时间和冷却时间；影响断裂伸长率的主次因素顺序为注塑压力、注塑速度、保压速度、保压压力和保压时间，冷却时间；影响综合指标的主次顺序为注塑压力、保压速度、注塑速度、保压时间、保压时间、冷却时间。

不同工艺参数的实验结果如表2所示。根据重量、拉伸强度和断裂伸长率对LDPE塑件质量要求的重要程度给予加权评分，使之在最终分值中反映。综合评分定为10，重量指标定为1，拉伸强度定为4，断裂伸长率定为5，然后将多指标转化为单一的综合指标再进行计算分析，综合加权评分公式为：

图1 综合指标正交试验水平趋势Fig.1 Level trend columnar section of integration capability in orthogonal experiment

根据表 2，分别以六因素的水平位为横坐标，以同一因素的两个相同水平下目标参数之和的平均值为纵坐标，做综合指标的水平趋势图，如图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的组合为优化参数。

由图1可以看到，注塑压力、注塑速度、保压时间、冷却时间对综合指标的的影响趋势是相同的，即：随着注塑压力、注塑速度、保压时间和冷却时间的增加，塑件的综合性能均为递减。而保压速度和保压压力对综合指标的影响趋势是相同的，即：随着保压速度和保压压力的增加，塑件的综合指标均为递增。

2.3.2 拉伸强度指标

综上所述，不动产测绘工作不仅是一项基础性工作，同时也是一项复杂性工作，它对于测绘结果的准确性要求较高，在很大程度上影响着后续不动产的登记和管理。因此，在实际开展不动产测绘工作时，要根据实际情况选择合适的测绘技术，同时有效分析不动产测绘工作中存在的问题，确保测绘水平和质量得到有效提升，最终促进我国测绘事业的进一步发展。

2.2 回归分析及再优化

为了进一步明确各因素与试验结果指标（重量、拉伸强度、断裂伸长率和综合指标）的数学关系，应用 Minitab软件对表2数据进行多元线性回归分析，回归方程式如下：

重量指标与各因素的回归方程：

拉伸强度指标与各因素的回归方程：

式中,ppd为探测器读出光功率;B为测试带宽;λ为光谐振频率;θ为探测器光电转换效率;c为光速;h为普朗克常量;D为谐振腔直径;Q为谐振腔品质因数。由式(1)可知:

综合指标与各因素的回归方程：

G：重量（g）δ：拉伸强度(MPa) L：断裂伸长率(%) Z：综合指标 A：注塑压力(MPa) B：注塑速度(%) C：保压压力(MPa)D：保压速度(%)E：保压时间(s) F：冷却时间(s)。得出的上述回归方程，根据各项系数的正负和大小为调试工艺提供了指导，可以有效提升调试效率。

由式（2）各项系数看以看出：因素C和A比其它因素对重量的影响高，且C因素比A因素影响更高，且由图1看出C因素对综合指标影响程度靠后，表明其对综合指标影响程度不大。所以为保证重量最轻，其中C因素值取15 MPa为最优。A因素综合图1、式（2）、式（3）、式（4）、式（5）可以看出：取25 MPa为最优。同样 B 因素取30%为最优；D 因素取 30%为最优；E 因素取 10S为最优；F 因素取15S为最优。即得到最优化组合为A1B1C1D2E1F1，将上述各因素数值代入式（5）得出综合指标值为9.46，跟表2相比明显为最优。

2.3 各因素对各指标的关系讨论

式中：ai为系数；yi为试验指标，下标i,j表示第i组实验的第j个指标。

2.3.1 断裂伸长率指标

断裂伸长率的高低是衡量塑件韧性好坏的的重要指标，一般来说塑料韧性越好，对应拉伸断裂伸长率越高；韧性差或呈脆性时，对应的拉伸断裂伸长率就越小；所以分析出影响断裂伸长率高低的工艺因素有重要的指导意义。由式(4)可得出：影响断裂伸长率的各因素从大到小的顺序为：注塑压力、保压速度和保压时间、保压压力、注射速度、冷却时间。其中保压压力和保压速度跟断裂伸长率呈递增关系，这说明在保压过程中压力和速度越大，塑件越密实，可以避免如气孔等缺陷的出现，减小了塑件呈脆性断裂的趋向，增大了塑件呈韧性断裂的可能。而其余四因素跟断裂伸长率呈递减关系。注塑压力和速度越高，易造成塑件的残余引力过大和缺陷或气孔的产生，使塑件更趋向脆性断裂；保压时间和冷却时间对断裂伸长率的影响相同，且时间越长，塑件易产生冷接缝，密度不均，制品内应力大等弊病[4]。

沧海桑田，万古如斯。汉水，不仅是一条绿色生态之河、商旅黄金之河、文化大河、历史大河和魅力大河，更是华夏文明的重要发源地和中华民族的母亲河。

管道安装过程中，产生焊接气孔主要是由于其气体并未全部排出，使得气体残留在焊接材料内部，并形成气穴。产生焊接气孔的缺陷，形成的焊接位置、危害以及形状与焊接工艺、焊接形状以及焊接材料有着密切的关联。鉴于此，在管道安装过程中，应保证焊接材料的质量，科学合理地选择焊接的位置，并提升焊接工人的技术水平，提升焊接工艺，才能确保管道焊接的质量，从而提升管道安装的水平，保证管道使用的可靠性和稳定性[2]。

2.3.3 重量指标

由式(3)可得出∶影响拉伸强度的各因素从大到小的顺序为：注塑压力、保压压力、保压速度、注射速度、冷却时间、保压时间。由于前三因素对拉伸强度影响较大，而后三因素影响程度相当且都较小，可忽略后三因素的影响，所以只对前三因素做分析。在前三因素里注塑压力跟拉伸强度呈递减关系，从微观结晶角度看，注射压力低易生成大而完整的球晶体，注射压力高能生成小而形状不规则的球晶体。而球晶越规则完整，结晶程度就越高，结晶度越高对应的力学性能就越好。而保压压力和保压速度与拉伸强度呈递增关系，保压压力和保压速度越高，使制品更密实，使拉伸强度更高。

重量是注塑制品的一个重要指标，由于注塑制品均为大批量生产，制品重量控制具有很大的经济意义[5]。由式(2)可得出：影响重量指标程度较大的两个因素是注塑压力和保压压力，其余四因素影响都较小，可忽略其影响。其中注塑压力与重量呈递减关系；从结晶角度分析，注塑压力越小，越利于结晶，对应的结晶度、密度和重量也会越高。而保压压力与重量呈递增关系；由于聚乙烯成型收缩率大，需长时间对制品进行保压，保压压力约为注塑压力的30%-60%[6]。保压压力越大，越有利于防缩和补料，使塑件更密实，其对应的密度和重量也会越大。

尽管Technotime的TT651和651-24H机心是以ETA2892或其同类基础机心为基础， 718 (手动上链)、738 (自动上链) 和 791 (陀飞轮)系列却是自产机心。不过，Laurent Alaimo认为公司并不能直接替代ETA。

2.4 最优参数的检测验证

由回归分析得出的最优参数的方案组合为：A1B1C1D2 E1F1，即注塑压力为25Mpa，注塑速度为30%，保压压力为15Mpa，保压速度为30%，保压时间为10S，冷却时间为15 S。按此参数生产5模试样，检测数据如下：重量7.50g，拉伸强度13.4 Mpa，断裂伸长率117%。由该检测结果可证明：最优工艺参数使LDPE塑件的综合指标均有了明显的提高和改善。

3 结论

（1）影响LDPE塑件综合指标最显著的因素是注塑压力和保压速度，其次是注塑速度和保压时间，保压压力和冷却时间影响最小。

（2）影响LDPE塑件断裂伸长率最显著的因素是注塑压力、保压速度和保压时间，其次是注塑速度和保压压力，冷却时间影响最小。

（3）影响 LDPE塑件拉伸强度最显著的因素是注塑压力，其次是保压压力和保压速度，注塑速度、冷却时间和保压时间影响最小。

（4）影响LDPE塑件重量最显著的因素是保压压力和注塑压力，其次是保压速度和保压时间，冷却时间和注塑速度影响最小。

高校建设服务型机关党组织是一项长期的、需要持之以恒的工作，通过构建以常态化的学习教育机制为基础、以多渠道联系服务机制为依托、以多样化服务工作机制为核心，以科学化考评奖惩机制为动力、以多元化监督约束机制为制约、以强有力领导机制与投入机制为保障、以多元化社会参与机制为补充的长效机制，必能有效确保高校服务型机关党组织建设的长效化，从而有效发挥机关党组织和党员的重要作用，有力推动高校各项事业科学、健康、快速的发展。

参考文献

[1] 陈金伟,徐百平.模腔压力曲线在注塑工艺参数优化中的应用[J]工程塑料应用2010年03期.

[2] 孙宝寿,邓益民等.基于 DOE的注塑成型工艺参数优化[J].机械制造46卷第528期2008/8.

[3] 潘柏松,龚惠玲,刘红.基于正交试验法的注塑工艺多目标优化设计[J] 浙江工业大学学报2007年6月第35卷第3期.

[4] 杨鸣波,唐志玉.中国材料工程大典第6卷高分子材料工程（上）[M]北京∶化学工业出版社.2005.8.588-588.

[5] 王利霞,申长雨,张勤星.注塑制品重量的闭环控制[J]中国塑料.2005.6第19卷第6期.

[6] 陈青葵,卢金重,史兆侠.注塑成型 [M]北京∶化学工业出版社, 2006.8 72-72.