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最新研究:玻璃注塑成型新工艺

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玻璃制品的使用,至今已有数十个世纪的历史。玻璃产品外观透明清雅,质感高级,广受大众欢迎。但是,在传统的玻璃制造工艺中,制造者常常要与高温烧制的玻璃近距离接触,造成危险,成型还需要很高的技术难度,需要的步骤复杂,耗时长,制品的精度不高,形状有所限制。


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本文内容主要包括:
1、玻璃成型的新工艺
2、玻璃注塑成型方法3、玻璃注塑成型优势
 01 玻璃成型的新工艺 
想要提升玻璃制品的生产速度和精度还需从生产工艺上做改进。麻省理工的Neri Oxman课题组曾率先实现用3D打印钠钙玻璃,但成品表面粗糙,精度不高。


后来,Bastian E. Rapp教授课题组在Nature上发表论文,他们用纳米二氧化硅颗粒与有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯PMMA)共混,间接实现了玻璃材料的3D打印。

该课题组的研究让玻璃成型工艺的精度得到了飞跃式的提升,可以打印出最小直径18.4 µm的微流道。


近日,Bastian E. Rapp教授课题组又在Science上发表论文,他们沿用纳米二氧化硅颗粒与树脂共混的方法,开发了一种玻璃注塑成型的新工艺。注塑成型的工艺让玻璃制件实现大批量快速生产,其成品还拥有高精度、表面光滑的特性,与传统的无机玻璃无异。



02 玻璃注塑成型方法
课题组先把纳米二氧化硅颗粒、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和聚乙二醇(PEG)倒入溶剂中进行混合,而后把溶剂蒸发,得到热塑性的纳米二氧化硅树脂复合材料颗粒。

把这些颗粒导入注塑机中,在温度为130℃和压力700~1000bar的工艺参数下进行注塑成型,得到半乳白色状半成品。


将这些半成品放入40℃水中浸泡半小时,可去除其中的PEG,再将其进行热处理,去除其中的PVB胶粘剂。


这时,半成品中几乎只剩下二氧化硅颗粒了,放入1300℃的炉中进行烧结,即可获得最终产品。



 03 玻璃注塑成型的优势 
用注塑成型的方法制玻璃,较传统方法而言,优势无可比拟。


小结:
可以看到,技术的发展与工艺的想象力是无止境的,玻璃也可以实现注塑,进而实现精度与产能的飞跃式发展。但是目前这种工艺所制造的产品有杂质,有点类似于陶瓷注射成型工艺,要去除掉里面的聚合物杂质,不然就会出现开裂等不良问题,并且很花费时间。未来需要克服这一难关,一旦技术上出现了突破,也许造玻璃产品就像塑胶注塑产品一样方便快速。


免责声明/Disclaimer
① 素材来源于新材料研习社,CMF设计军团略有改动

研究原文:High-throughput injection molding of transparent fused silica glass;Markus Mader, Oliver Schlatter, Barbara Heck, Andreas Warmbold, Alex Dorn, Hans Zappe, Patrick Risch, Dorothea Helmer, Frederik Kotz, Bastian E. Rapp;Science, 2021, 372, 182-186, DOI: 10.1126/science.abf1537

研究资料来自网络、报刊、论文等,新材料研习社经解读、整理、编辑后发布,由于作者水平有限,若有不足之处,请读者留言勘误

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