共注射成型中芯/壳层材料黏度比对追赶距离的影响

在塑料共注射成型中,芯/壳层材料分布是衡量制品质量的主要指标,当芯层熔体前沿突破壳层熔体前沿时形成前端突破,前端突破是导致废品的主要原因。成型过程中芯/壳层材料黏度比是影响材料充填和最终分布的最主要的因素。文中采用计算机辅助工程(CAE)软件对不同的芯/壳层材料组合进行共注射模拟分析,研究了不同的芯/壳层材料黏度比对充填过程中芯层熔体和壳层熔体前沿推进距离的影响,获得了芯/壳层材料黏度比对共注射成型过程中芯/壳层前沿距离演化的影响规律。     

共注射制品芯层厚度分析的数值模拟

采用数值模拟技术对共注射成型过程进行了充填分析,从芯层材料的厚度分布以及芯层材料的穿透距离进行了研究。结合试验设计(DOE),研究了注射速率、模具温度、皮层熔体温度、芯层熔体温度和表层材料体积百分数对芯层厚度分布的影响;同时采用Fractional Factorial方法,研究工艺参数以及之间的交互作用对芯层材料穿透距离的影响度。结果表明,皮层材料注射的体积百分数对制品的芯层材料的厚度分布及芯层材料的穿透距离影响最大,其它影响因子影响较小。     

共注射制品芯层厚度分析的数值模拟EI北大核心CSCD

采用数值模拟技术对共注射成型过程进行了充填分析,从芯层材料的厚度分布以及芯层材料的穿透距离进行了研究。结合试验设计(DOE),研究了注射速率、模具温度、皮层熔体温度、芯层熔体温度和表层材料体积百分数对芯层厚度分布的影响;同时采用Fractional Factorial方法,研究工艺参数以及之间的交互作用对芯层材料穿透距离的影响度。结果表明,皮层材料注射的体积百分数对制品的芯层材料的厚度分布及芯层材料的穿透距离影响最大,其它影响因子影响较小。     

等规聚丙烯顺序共注射制件的结构与性能EI北大核心CSCD

采用顺序共注射成型和传统注射成型对等规聚丙烯进行成型,分别利用偏光显微镜、二维广角X射线衍射以及万能试验机测试制件的结晶形态和力学性能。结果表明,顺序共注射成型过程中表芯熔体之间的强烈剪切使得表芯材料界面处出现柱晶,并且随着延迟时间的延长,柱晶数目增多;顺序共注射成型过程中,表层熔体受到两次剪切以及芯层熔体流动时熔体内部强烈的剪切使得顺序共注射制件内部分子链取向度高,提高了制件的弹性模量和拉伸强度,实现了制件的自增强;顺序共注射制件在拉伸过程中裂纹容易在不同晶体层界面处产生并迅速扩展,从而导致制件断裂,故顺序共注射制件断裂伸长率较传统注射制件有所降低;制件成型过程中剪切形成的β晶能够提高制件的冲击韧性。     

玻纤增强聚丙烯多腔微注塑中纤维取向与流动偏移

采用3D模拟技术和各项异性旋转扩散-诱导应变闭合(ARD-RSC)等模型以及集成式热电偶传感器温度测量系统和可视化全息示踪技术,对多型腔微注塑成型过程中玻纤增强聚丙烯(GFRPP)熔体在流道中的纤维取向、温度和流动速度偏移现象进行模拟和分析。结果表明,低速注射时,GFRPP熔体中纤维取向明显,流道表层区域的纤维取向程度大于芯层区域的纤维取向,存在着明显的、不对称的表层-芯层-表层结构,纤维取向加剧了塑料熔体前沿温度与流动速度的向下偏移。高速注射时,纤维取向仍然存在不对称的表层-芯层-表层结构,但比低速注射时不明显得多,纤维取向对熔体前沿高温区和流动速度向下侧偏移幅度的影响也较低速注射时更大。即GFRPP熔体在不同注射速度下熔体的流动速度、流动状态、温度变化相互作用与影响,使得熔体的纤维取向,流动速度、温度分布产生偏移,导致流道系统和型腔充型不均衡。     

等规聚丙烯顺序共注射制件的结构与性能

采用顺序共注射成型和传统注射成型对等规聚丙烯进行成型,分别利用偏光显微镜、二维广角X射线衍射以及万能试验机测试制件的结晶形态和力学性能。结果表明,顺序共注射成型过程中表芯熔体之间的强烈剪切使得表芯材料界面处出现柱晶,并且随着延迟时间的延长,柱晶数目增多;顺序共注射成型过程中,表层熔体受到两次剪切以及芯层熔体流动时熔体内部强烈的剪切使得顺序共注射制件内部分子链取向度高,提高了制件的弹性模量和拉伸强度,实现了制件的自增强;顺序共注射制件在拉伸过程中裂纹容易在不同晶体层界面处产生并迅速扩展,从而导致制件断裂,故顺序共注射制件断裂伸长率较传统注射制件有所降低;制件成型过程中剪切形成的β晶能够提高制件的冲击韧性。     

微注塑成型工艺对聚丙烯制品形态结构的影响

文中基于一组薄壁微制品的微注塑成型实验,研究熔体温度和注射速度对厚度为1.0 mm和500μm微制品形态结构的影响。实验结果表明,这两种微制品都呈现出一种相似的皮芯结构,但不同于传统注塑制品4层或5层结构,微制品只有冷冻层、剪切层和芯层3层结构。随着注射速度的提高,在厚度方向上剪切层比例增大,当注射速度超过一定值后,呈现无芯层结构;随着熔体温度的提高,500μm微制品形态变化不大,1.0mm微制品芯层小幅增厚。     

熔体温度对注射成型热塑性聚氨酯制件残余应力及外形精度的影响EI北大核心CSCD

采用光学双折射法研究注射成型过程中熔体温度对透明热塑性聚氨酯(TPU)弹性体平板制件残余应力的影响规律和作用机理。结果表明,TPU制件在近浇口区域的残余应力大于远浇口区域,整体残余应力随熔体温度上升而下降。通过对平行于熔体流动方向和垂直于熔体流动方向上的制件截面进行双折射测量发现,注射成型TPU制件具有明显的皮-芯结构和零应力层,且随熔体温度升高芯层厚度显著增加。残余应力分析结果表明在制件的芯层以流动残余应力为主,而皮层区域是流动残余应力和热残余应力叠加的结果。此外,制件的翘曲变形与残余应力的分布直接相关,TPU制件尺寸的改变主要是由于流动残余应力释放引起的。     

微注塑聚丙烯制品的形态结构

微注塑成型中,聚合物熔体在型腔中的流动形态与传统注塑中有很大的不同,研究成型工艺条件对微注塑制品形态结构的影响对控制微制品形态结构、提高微制品性能具有重要的意义。文中以等规聚丙烯(iPP)为原料,采用单因素实验,研究注塑成型中熔体温度和注射速度两个主要工艺参数对1mm和200μm厚微制品形态结构的影响及微制品中的一些特殊的形态结构现象。实验结果表明,1mm厚微制品的形态分布呈典型皮芯结构,而200μm厚微制品观察不到有非晶冷冻层和球晶结构,全部是具有明显shish-kebab结构的剪切层。     

多熔体多次注射成型聚苯乙烯/聚乙烯共混物的相形态结构演变规律

采用扫描电子显微镜(SEM)对多熔体多次注射成型(MMMIM)聚苯乙烯(PS)/聚乙烯(PE)共混物制品的相形态结构进行了研究,发现MMMIM制品呈现出特殊的"双皮-芯"结构,且不论是在MMMIM制品的皮层材料区域还是在芯层材料区域,分散相PS的形态结构在制品的近浇口端和远浇口端均存在着显著差异,即在近浇口端处有大量取向的纤维状结构形成,而在远浇口端只有少量椭球状或棒状结构形成。在形态分析的基础上,结合MMMIM成型原理,探讨了熔体穿透作用对多熔体多次注射成型制品形态的形成及分布的影响。     

共注成型芯壳层熔体粘度对芯壳层界面和移动前沿形貌的影响

建立了共注成型充模流动的有限元模型,并利用Matlab与Visual C++6.0混合编程技术开发了模拟软件,利用该软件对芯壳层熔体的粘度与芯壳层界面和移动前沿形貌之间的关系进行了数值模拟,并提出了确定关键成型工艺参数的指导原则。模拟研究结果与一些文献的实验结果相吻合。      

聚丙烯注射制品的层结构和充模流动分析

用偏光显微镜对不同条件下注射成型的聚丙烯平板进行了研究。平板具有皮心二层结构。笔者观察到皮层又能细分为４层，皮心层分界线β行球晶层一分为二，皮心层分界线处球晶尺寸有突变等现象。由此认为注射充模时，熔体流动层应分为二层：高粘度流动层和低粘度流动层。皮心层分界线即是这二层流动熔体的分界线。在此分界线处熔体流动过度和熔体温度有在大的差异，由此形成β行球晶层。     

聚合物多层气辅共挤精密成型机制的数值分析

基于传统共挤成型技术,提出一种先进的气辅多层共挤精密成型技术。研究表明,气辅共挤成型技术不仅可实现挤出制品尺寸的精确自动控制,而且还起到明显的节能降耗的效果。通过建立的稳态有限元数值算法,对传统共挤成型和气辅共挤成型的成型过程和离模膨胀过程进行了系统的对比分析研究,并探讨了气辅共挤成型消除整体离模膨胀的机制。结果表明,多层共挤成型芯壳层熔体的离模膨胀是由黏弹性熔体的二次流动引起,主要取决于芯壳层熔体二次流动的方向与强度。熔体二次流动的方向与第二法向应力差的正负号有关,而熔体二次流动的强度则与第二法向应力差大小成正比。气辅共挤成型的气辅口模段可通过气垫膜层的壁面完全滑移作用,有效减小或消除芯壳层熔体的第一和第二法向应力差,使其二次流动消失,从而达到消除口模整体离模膨胀的目的。因此,气辅多层共挤精密成型技术能精确地控制共挤成型的复合产品最终外形和尺寸与挤出口模的形状和尺寸完全相同。此外,研究结果还表明气辅共挤成型的挤出压力相对传统共挤成型可降低约30%以上。     

气辅助成型聚丙烯制品的结晶聚集态

用偏光显微镜和X射线衍射对气体辅助成型聚丙烯制件的结晶形态分布和β晶分布进行了分析研究,并与传统注射成型聚丙烯制件的结晶形态分布进行了对比。结果表明,气辅助成型制件在厚度上呈现取向层-过渡层-大球晶层非对称分布;取向层厚度与延气时间呈"V"字形关系,而随着延气时间的延长,过渡层变厚;过渡层的β晶含量比取向层和大球晶层要高。基于上述现象,提出高压气体延时充入引起二次剪切,并主要集中在过渡层,其次是取向层,气熔界面没有剪切发生,使得该处的晶体形态为大球晶。     

高分子材料微型制品微分注射成型方法及设备

为了保证微量聚合物熔体的计量和均匀性,结合常规注射成型技术和微注射成型技术的优势,论文提出了一种新的批量成型加工高分子材料微型制品的方法——微分注射成型。在常规注射成型设备中加入微分系统,通过行星齿轮泵作为微分泵实现熔体的分流、输送、增压和计量,在保证成型制品精度的同时,具有塑化效果好、生产效率高的优点。论文介绍了微分注射成型方法的原理和设备构成,并利用CAD/CAE/CAM(计算机辅助设计/工程/制造)技术进行了研究,最终利用加工完成的设备初步实验验证了新方法及设备的可行性。     

聚合物熔体环绕型芯充型流动行为的物理可视化分析

利用自行开发的超声振动辅助注射成型可视化实验装置,对不同注射速度下聚丙烯(PP)在环形型腔内环绕型芯充型流动特性进行可视化试验,观测分析不同注射速度对熔体充型流动行为的影响。分析结果表明,不同注射速度对环形制件注塑成型充型流动行为产生不同程度的影响,在较低注射速度时,型腔内的气体压力变化平稳,熔体流动速度比较平稳无明显变化;在较高注射速度时,在充填过程中型腔内的气体压力急剧变化,熔体速度出现波动且在流动后期熔体的流动速度出现骤降,注射速度对熔体流动前沿的面积变化也有直接影响。在高速注射时,型腔内气体压力的变化是影响熔体充型流动特性的主因;在低速注射时,熔体与型腔表面的热交换是影响熔体充型流动特性的主因。     

尺寸效应对多型腔注射成型过程影响的可视化实验

利用可视化注塑模具和高速摄像机对注塑成型过程中熔体在型腔内的充填不平衡现象进行了动态观察,探讨了尺寸效应对熔体充填型腔速率及充填平衡性的影响。实验结果表明,熔体的充填平衡性与型腔的厚度有关,根据实验结果可以较好地描述熔体注射成型过程中充填不平衡现象的产生规律,为薄壁及微细尺寸下的精密注射成型技术的发展提供实验依据。     

聚合物纳米/亚微米结构零件注射成型的研究进展

对近年来聚合物纳米/亚微米结构零件注射成型的研究进展进行综述,着重阐述成型材料、模芯材料和成型工艺对纳米/亚微米结构成型复制质量的影响,以及纳注射成型过程中的辅助成型技术和模芯制造方法。在此基础上,提出了纳注射成型技术中存在的问题,并对其发展进行展望。     

熔体温度对注塑成型iPP制品结晶形态的影响

注塑成型聚丙烯制品的内部结晶形态对制品的最终性能起着至关重要的作用,而结晶形态的形成对成型条件(尤其是熔体温度)有一定依赖性。文中利用偏光显微镜、小角X射线散射和广角X射线衍射等实验方法,详细研究了熔体温度对注塑成型iPP制品结晶形态的影响。研究结果表明,在实验温度范围内,制品厚度方向形态呈现五层皮芯结构,即冷冻层、过渡层、剪切层、β晶层、α球晶层。随着熔体温度提高,皮层厚度减小;结晶度提高,取向度极大值并无明显变化。     

气体辅助工艺对曲线型异型材共挤成型的影响

基于流变学基本方程和PTT本构方程,建立了三维粘弹曲线型塑料异型材包覆共挤成型数值模型,运用有限元方法对数值模型进行了模拟计算,分析研究了气体辅助工艺对曲线型异型材共挤成型过程中挤出胀大、扭曲变形及口模内流场分布的影响。研究结果表明,传统共挤成型时,共挤制品的挤出胀大及变形、口模内熔体速度场、压力场、剪切速率及应力场等的分布均随着壳层熔体黏度的变化而变化,而气辅共挤成型时,共挤制品的挤出胀大和变形现象以及口模内熔体流场的分布均与芯壳层熔体的物性无关,能实现制品截面形状和尺寸与口模截面形状和尺寸保持一致的精密共挤。