气体辅助对聚合物异型材多层共挤成型的影响EI北大核心CSCD

在等温理论模型得到实验验证的基础上,运用有限元方法对i形多层共挤口模进行了三维非等温粘弹数值模拟研究,对比分析了传统共挤和气辅共挤成型时口模内的流场和口模外离模膨胀及界面形状的异同。研究结果表明,熔体流率的变化对传统共挤和气辅共挤成型过程中壳层和芯层的离模膨胀现象均有较大影响,但对异型材整体离模膨胀现象影响不明显;气辅共挤不仅能有效减小甚至消除传统共挤过程中的离模膨胀现象,而且具有显著的节能效果;共挤口模出口处剪切速率和二次流动最大值处即为制品变形最严重处。     

气体辅助对聚合物异型材多层共挤成型的影响

在等温理论模型得到实验验证的基础上,运用有限元方法对i形多层共挤口模进行了三维非等温粘弹数值模拟研究,对比分析了传统共挤和气辅共挤成型时口模内的流场和口模外离模膨胀及界面形状的异同。研究结果表明,熔体流率的变化对传统共挤和气辅共挤成型过程中壳层和芯层的离模膨胀现象均有较大影响,但对异型材整体离模膨胀现象影响不明显;气辅共挤不仅能有效减小甚至消除传统共挤过程中的离模膨胀现象,而且具有显著的节能效果;共挤口模出口处剪切速率和二次流动最大值处即为制品变形最严重处。     

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。     

非等温气辅共挤出胀大的三维粘弹数值模拟

采用PTT本构方程和Arrhenius黏度对温度依赖方程,运用有限元方法,对低密聚乙烯(LDPE)/高密聚乙烯(HDPE)熔体的共挤过程进行了三维非等温粘弹数值模拟,对比分析了两熔体在传统和气辅共挤过程中的速度场、剪切速率分布和层间界面形貌。研究表明,气辅共挤成型在口模出口处不存在二次流动,且在挤出方向流速均匀,剪切速率分布均匀且数值比传统共挤小得多,说明气辅共挤能有效消除传统共挤过程中的挤出胀大和界面偏移现象。     

聚合物多相分层流动黏弹性包围机制的数值模拟

针对黏弹性包围引起的复合共挤制品层厚均匀性控制的技术难题,通过数值模拟,研究了黏弹性流变性能参数对黏弹性包围的影响规律和机制.研究结果表明,黏弹性包围是由多相分层流动的第二法向应力差驱动的二次流动诱发,主要取决于成型流动过程中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,而熔体二次流动强度则与第二法向应力差大小成正比.黏弹性包围随着熔体松弛时间的增加而增大.消除黏弹性包围的理论前提是消除其二次流动,而通过使其流动的第二法向应力差趋于零方可消除其二次流动.第二法向应力差趋于零的前提条件是使无滑移黏着共挤多相分层剪切流动转化为气垫非黏着完全滑移共挤多相分层柱塞流动,而气辅共挤成型工艺的气垫壁面滑移是实现这一转变的有效技术.     

聚合物气辅共挤成型中挤出胀大的数值模拟

以一矩形截面共挤型材为例,采用Giesekus本构方程和Navier滑移模型建立数值模型,使用EVSS、SU等有限元方法对气辅共挤和传统共挤时两种聚合物熔体在口模内外的等温粘弹流动做了三维数值模拟,得到了气辅共挤和传统共挤时的挤出胀大率、速度场、应力场及剪切速率分布。对模拟结果进行了分析和对比,结果表明,气辅共挤能消除挤出胀大和模外熔体偏转流动现象;气辅共挤时两相熔体的速度场均匀一致,熔体流动稳定,呈柱塞状挤出;熔体表面的切向和法向应力为零,因而可有效提高挤出速率,并防止制品表面"鲨鱼皮"现象的出现。     

气辅共挤出界面位置对挤出胀大的影响

基于聚合物流变学理论,运用有限元方法,建立了半圆形共挤口模成型的理论模型,并对理论模型进行了数值模拟,研究了口模入口端熔体层间界面位置及熔体入口流率对共挤出胀大和熔体层间界面位置的影响。研究表明,气辅共挤过程中,当两熔体流率相等时,使得两熔体入口面积近似相等的r值(共挤口模入口处界面位置)能将熔体的离模膨胀率降为零值,同时保证熔体层间界面位置稳定;当两熔体流率不等时,熔体离模膨胀率随着自身流率的增大而增大,随着另一熔体流率的增大而减小,界面位置则向流率较低的一侧偏移。     

气体压力对气辅共挤成型界面的影响

将气体简化为广义牛顿流体,并作为单独一层,针对矩形气辅共挤口模,建立了三维粘弹有限元模型,对理论模型进行了数值计算,研究了气体压力对气辅共挤成型界面形貌的影响及形成稳定气垫层所需最小气体压力与气垫层厚度和熔体流率的关系。研究表明,当稳定气垫层形成后,随着气压力或气垫层厚度的增大,共挤制品挤出胀大率减小,粘性包围程度增大;形成稳定气垫层所需的最小气体压力随气垫层厚度的增大而减小,随着熔体流率的增大而增大。     

聚合物气辅共挤成型中气垫层的建立及其稳定性分析

采用自行研制的气辅共挤成型实验系统和矩形截面气辅双层共挤口模,实验研究了气辅共挤过程中气体压力、气体温度以及气阀的开启顺序对气垫层稳定性的影响,得到了建立稳定气辅共挤气垫层的基本工艺准则。结果表明,气体压力和温度是影响气垫层稳定性的关键因素,要形成稳定气垫层,气体的压力和温度应尽量与聚合物熔体接近,气体和熔体的压力差不应超过0.1MPa,温度差不应超过10℃,先开启气阀时,要严格控制气体压力。     

聚合物气辅共挤成型界面的有限元模拟和分析

基于流变学基本方程和Phan Thien-Tanner(PTT)本构方程,建立了矩形截面双层型材口模气辅共挤出和传统共挤出的三维非等温粘弹有限元模型,使用粘弹应力分离法(EVSS)、非协调流线迎风法(SU)等有限元方法数值模拟了两种聚合物熔体在口模内的流动过程,得到了气辅共挤和传统共挤层间界面的三维形貌图和剪切应力分布,对比分析了两种共挤界面的粘性包覆和剪切应力分布情况,研究结果表明,气辅共挤可使粘性包围程度减小60%以上,界面剪切应力峰值减小30%以上,气辅共挤将能有效改善共挤制品层厚分布均匀性及界面稳定性。     

气体辅助注塑成型制件开发工艺研究

对塑料家俱制件进行了气辅注塑工艺开发与研究,考察了塑料转奇扶手的气辅加工中气嘴位置,熔体注入量,熔体注射温度,延迟时间、气休注射压力等对充模过程的影响,应用气辅注射模拟软件Ｃ－Ｍｏｌｄ对该制件的气辅助才不同工艺条件对气辅制件的影响做了模拟,并和生产实际进行了比较。     

新型树脂传递模塑技术

概述了传统树脂传递模塑(RTM)及在其基础上发展起来的新型RTM工艺,包括真空辅助树脂传递模塑(VARTM)、Seemann复合材料树脂浸渍模塑成型工艺(SCRIMP)和树脂膜渗透成型工艺(RFI)的成型原理、优点,并指出目前存在的缺点及解决方法.     

气辅注射模塑—一种新型塑料成型工艺

概述了一种新塑料成型工艺－气辅注射模塑的工艺过程及其应用，由此可对气辅注射模塑有一个较全面的了解。并通过对气辅注射模塑与传统的注射成型枝术及其结构发泡技术的比较，阐述了气辅注射模塑的先进性和优越性。随着科学研究的深入及各项技术的突破，气辅注射模塑将会在塑料加工成型领域中具有重要的地位。     

汽车车门把手气辅成型工艺CAE优化研究

目的 针对传统汽车车门把手成型工艺在实际应用中塑件收缩变形量大、无法有效控制等问题,开展汽车车门把手气辅成型工艺优化研究。方法 通过确定基于计算机辅助工程的塑件成型方式、设置改造后汽车车门把手塑件结构、优化注塑和注气参数,提出一种针对汽车车门把手气辅成型的工艺优化方案。结果 与优化前成型工艺相比,采用优化后成型工艺得到的汽车车门把手塑件的收缩变形量明显降低,汽车车门把手塑件的收缩变形量均能够控制在0.45%以下。结论 引入计算机辅助工程优化分析技术对实现汽车车门把手整体制件结构设计具有更高的实际应用价值,有利于提升汽车车门把手设计、生产和加工的效率。     

变模温与型腔气体反压辅助微孔发泡注塑技术及其产品内外泡孔结构演变

建立了一种变模温和型腔气体反压协同控制的微孔发泡注塑技术,研制了相应的变模温控制系统与型腔气体反压控制系统,构建了变模温与型腔气体反压辅助微孔发泡注塑试验线,并对变模温与型腔气体反压作用下的产品内外泡孔结构演变进行了研究。结果表明,变模温与型腔气体反压辅助工艺单独施加于微孔发泡注塑技术时,对其产品内外泡孔结构均具有双重影响:变模温可以改善产品大部分的表面形貌,但其对填充过程中的熔体发泡影响不大;型腔气体反压可以基本抑制填充过程中的熔体发泡,但却对产品内部泡孔密度有比较明显的降低影响。通过变模温与型腔气体反压的协同控制,可以实现微孔发泡注塑产品表面气泡形貌和内部泡孔结构的良好调控。     

玻纤增强HDPE气体辅助注射成型制品的形态

采用气体辅助注射成型(GAIM)和普通注射成型(CIM)制备了玻纤(GF)增强高密度聚乙烯(HDPE)复合材料。通过扫描电镜对复合材料中的玻纤取向进行了研究,发现CIM试样的玻纤仅在表层有轻微取向,而GAIM试样在整个横截面上玻纤均发生了明显的取向,且在次表层处取向强烈,排列十分规整。在此前研究工作的基础上,进一步探讨了玻纤取向结构的形成机理。     

碳纳米管-玻璃纤维/环氧层板双真空灌注工艺及性能

针对碳纳米管(CNT)-玻璃纤维/环氧树脂体系, 采用传统的真空灌注工艺(VARIM)和双真空灌注工艺(DVARIM)制备复合材料层板, 分析了不同工艺方法下层板缺陷状况, 测试了层板的弯曲性能和层间剪切性能, 并结合树脂性能和纤维/树脂界面粘结状况观察, 探讨了DVARIM对CNT分布的影响及碳管的增强机制。结果表明: 与传统的VARIM相比, DVARIM能增加纤维的间距, 提高树脂对纤维的浸润能力, 减小纤维束内的孔隙缺陷; 添加质量分数为0.05％的酸化CNT后层板性能提高, 而且采用DVARIM性能提高更明显; 不同灌注工艺对CNT的分布产生影响, 从而改变了CNT对纤维/树脂界面粘接的影响, 同时这种影响与织物结构的紧密程度有关。      

气辅注射成型中气体穿透下的聚合物熔体壁厚的形成

针对气辅注射成型模壁表层熔体形成的复杂过程，对薄壁气辅注塑件在气体沿圆形截面气道进行气体穿透推进的充模过程进行了研究分析，通过引入合理的简化和假设，建立了描述气体穿透下模壁表层熔体厚度比β计算的数学模型和近似计算公式。在此基础上，进一步提出了三维薄壁气辅注塑件在气辅注射成型中气体穿透并推动熔体向前充模流动发展变化的熔体／气体前沿处理的程序算法，并用实例进行了数值模拟。研究结果表明，当气体前沿与熔体前沿的压力梯度之比值m在1．0—1．3范围内时，其β的计算结果为0．20—0．43，接近国外学者的实验到定值0．23—0．40，也比较符合实际的气辅注射成型工艺结果。     

Incorporating manufacturability considerations during design of injection molded multi-material objects

The presence of an already molded component during the second and subsequent molding stages makes multi-material injection molding different from traditional injection molding process. Therefore, designing multi-material molded objects requires addressing many additional manufacturability considerations. In this paper, we first present an approach to systematically identifying potential manufacturability problems that are unique to the multi-material molding processes and design rules to avoid these problems. Then we present a comprehensive manufacturability analysis approach that incorporates both the traditional single material molding rules as well as the specific rules that have been identified for multi-material molding. Our analysis shows that sometimes the traditional rules need to be suppressed or modified. Lastly, for each of the new manufacturability problem, this paper describes algorithms for automatically detecting potential occurrences and generating redesign suggestions. These algorithms have been implemented in a computer-aided manufacturability analysis system. The approach presented in this paper is applicable to multi-shot and over molding processes. We expect that the manufacturability analysis techniques presented in this paper will help in decreasing the product development time for the injection molded multi-material objects.     

Research on the reduction of sink mark and warpage of the molded part in rapid heat cycle molding process

Rapid heat cycle molding (RHCM) is a recently developed innovative injection molding technology to enhance the surface quality of the plastic parts without extending the molding cycle. Most of the common defects that occur in the plastic parts produced by conventional injection molding (CIM), such as flow mark, silver mark, jetting mark, weld mark, exposed fibers, short shot, etc., can be well solved by RHCM. However, RHCM is not a nostrum for all the defects in injection molding. Sink mark and warpage are two major defects occurring in RHCM. The purpose of this study is to investigate and further solve the sink mark and warpage of the molded parts in RHCM. To solve the problem of sink mark, a new “bench form” structure for the screw stud on the product coupling with a lifter structure for the injection mold was proposed. The external gas assisted packing was also proposed to reduce the sink mark in RHCM. To solve the problem of warpage, design of experiments via Taguchi methods were performed to systematically investigate the effect of processing parameters including melt temperature, injection time, packing pressure, packing time and also cooling time on the warpage. Injection molding simulations based on Moldflow were conducted to acquire the warpages of the plastic parts produced under different processing conditions. A signal to noise analysis was conducted to analyze the effect of the factors, and the optimal processing parameters were also found out. ANOVA was also conducted to quantitatively analyze the percentage contributions of the processing parameters on the warpage. The verification results show that part warpage can be reduced effectively based on the optimal design results.