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Characterization of the micro injection molding process and its products

By Jingsong Chu

Abstract

A micro-injection molding machine was used to obtain micro-moldings of high density polyethylene, polyoxymethylene, and polycarbonate, in order to characterize the process dynamics, and to investigate the effects of processing conditions on microstructure, mechanical properties, and thermal properties. A data acquisition system was implemented to obtain traces of data regarding the evolution of process variables with time. Six characteristic process parameters (CPPs) and metering size were used to characterize both the cavity filling and packing stages. The method of design of experiments (DOE) was employed, in order to investigate the effects of machine variables on the CPPs. A simulation was conducted using Moldflow commercial injection molding software. The discrepancy between experimental and calculated injection pressure patterns was attributed to the utilization of the unrealistic rheological model and boundary conditions. The samples were microtomed and examined using a polarized light microscope for investigation of morphology. Various microstructural features, such as morphological layer thickness and crystalline polymorphs, were observed and analyzed, in light of the thermo-mechanical history. These features were correlated with both macro and local mechanical properties. A punch die was designed and fabricated to cut the micro molded samples precisely into tensile testing specimen. The tensile properties were measured accurately with a conventional INSTRON testing machine combined with specially designed sample holders to prevent slippage and to ensure sample alignment. Thermal characterization was performed using modulated differential scanning calorimetry. Local indentation moduli were measured with a Hysitron TriboIndenter. An effort was made to evaluate process-structure-property relations.Une machine de micro-injection a été utilisée pour fabriquer des micro platines de polyéthylène de haute densité (PEHD), de polyoxyméthylène (POM), et de polycarbonate (PC), afin de caractériser la dynamique du processus de micro-injection, et d'étudier les effets des conditions d'injection sur la microstructure, les propriétés mécaniques et les propriétés thermiques des pièces formés.Un système d'acquisition de données a été utilisé pour enregistre les données relative à l'évolution des variables du procédé avec le temps. Six paramètres caractéristiques du procédé (PCP) ainsi que la quantité d'injection, ont été utilisés pour caractériser à la fois le remplissage de la cavité et les étapes de compaction. La méthode de conception d'expériences a été employée afin d'examiner les effets des paramètres de la machine sur les PCPs. Une simulation a été réalisée en utilisant MOLDFLOW, un logiciel commercial pour simuler le processus d'injection. La différence entre le profil de pression d'injection observée experimentalement et celle obtenue par simulation a été attribuée à l'utilisation des modèles rhéologiques ainsi que des conditions aux limites irréalistes.Pour l'étude de la morphologie, les échantillons ont été examinés à l'aide d'un microscope à lumière polarisée. Diverses caractéristiques microstructurales, tels que l'épaisseur des couches morphologiques et les polymorphes cristalline, ont été observés et analysés en function de l'histoire thermomécanique. Ces caractéristiques ont été corrélé avec les propriétés mécaniques au niveau local et macro échelle.Un équipement à coupe sous pression a été conçu et fabriqué afin de couper les échantillons avec précision pour obtenir des spécimens pour les essais de traction. Les propriétés de traction ont été mesurées en utilisant, une machine standard de test, co

Topics: Engineering - Chemical
Publisher: McGill University
Year: 2009
OAI identifier: oai:digitool.library.mcgill.ca:66656
Provided by: eScholarship@McGill
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