变曲率ICM聚碳酸酯制品残余应力分布

结合注射压缩成型(injection compression molding,ICM)工艺特点,运用平面偏振和数值仿真方法,对变曲率聚碳酸酯ICM制品残余应力的分布进行分析,研究不同压缩工艺下残余应力分布特点以及随曲率变化的规律。结果发现:除了浇口和末端小部分区域外,光弹应力条纹环绕制品形状分布;顺序式ICM残余应力条纹有较规整的对称分布结构,同步式ICM充填末端区域残余应力在厚度方向与传统注塑成型区别较为明显,呈现"压-拉"两层应力分布状态;同一平面内,变曲率ICM制品厚度方向残余应力随曲率的减小而递减。除平板制品外,其余四类不同曲率制品的平均残余应力与对应曲率均呈反比例变化关系。研究对优化变曲率透明聚合物制品的设计有一定指导意义。     

注射压缩成型聚碳酸酯制品的低温拉伸力学性能

以聚碳酸酯为材料,利用自行设计带有压缩功能的模具,采用常规注塑成型(IM)和注射压缩成型方法(ICM)对比研究制品在常温和低温环境下的拉伸力学性能;基于单因素实验方法,研究熔体温度、模具温度、模板压缩距离、延迟时间和压缩力对ICM制品残余应力和低温拉伸性能的影响规律。结果表明:在相同的环境温度下,ICM制品较IM制品有较大的屈服应力和弹性模量;低温环境下样品的拉伸性能有所提升,并在-40℃附近出现了聚碳酸酯分子的次级玻璃化转变;残余应力是影响ICM制品低温拉伸性能的主要因素,较高的熔体温度、模具温度、模板压缩距离,以及较短的延迟时间,较小的压缩力会减小ICM制品的残余应力,提高制品的低温拉伸性能。     

注射过程中残余应力演变的模拟与分析

采用线性黏弹性模型，模拟计算了平板形状制品残余应力在壁厚方向和流动方向上的分布及其在成型中的变化过程。根据模拟结果，深入讨论了注射成型过程中残余应力的形成机理和演变情况。结果表明：脱模时制品表层有着较大的拉应力，表层以下存在着一个应力低谷，在制品中心区域存在着抛物线形的拉应力分布；残余应力沿壁厚分布的形状在流动方向上基本相同，但是流动末端的应力值稍大于流动入口处。     

压缩工艺参数对注射压缩成型聚碳酸酯透明件残余应力的影响

基于注射压缩成型技术,以聚碳酸酯为原材料,采用不同的压缩工艺参数制备出聚碳酸酯透明件。结合成型过程中的模具型腔压力测试,采用定性（应力偏光法）和定量（小孔法）两种方法,对成型透明件的残余应力进行了测试,分析了压缩启动位置、压缩距离、熔体温度及模具温度等压缩过程的核心工艺参数对聚碳酸酯透明件残余应力的影响规律。结果表明,随着压缩启动位置的推迟或压缩距离的增大,型腔压力上升,使得制品的残余应力降低,当压缩启动位置从10 %延迟至70 %时,或者压缩距离从0.5 mm增大至2.0 mm,透明件测试点的Von Mises等效残余应力平均下降幅度达到82.0 %和64.7 %;随着熔体温度的升高或模具温度的升高,型腔压力变化并不明显,但制品的残余应力降低,当熔体温度从290 ℃升至320 ℃,或者模具温度从80 ℃升至120 ℃,透明件测试点的Von Mises等效残余应力平均下降幅度达到56.2 %和77.0 %。     

工艺条件对夹芯注射制品残余应力的影响

采用Moldflow公司MPI软件中的Co-injection分析模块，对ABS／PS夹芯注射成型过程进行动态模拟分析，以揭示工艺参数对夹芯注射成型过程中残余应力影响的规律。结果发现：在各种成型工艺参数中，保压条件对残余应力影响较为突出，模温条件对残余应力影响次之；最大残余应力主要分布在浇口位置和芯层最厚处，芯层前缘处残余应力次之，壳层最厚处残余应力最小。     

工艺条件对夹芯注射制品残余应力的影响

采用Moldflow公司MPI软件中的Co—injection分析模块，对ABS／PS夹芯注射成型过程进行动态模拟分析，以揭示工艺参数对夹芯注射成型过程中残余应力影响的规律。结果发现：在各种成型工艺参数中，保压条件对残余应力影响较为突出，模温条件对残余应力影响次之；最大残余应力主要分布在浇口位置和芯层最厚处，芯层前缘处残余应力次之，壳层最厚处残余应力最小。     

材料种类对夹芯注射制品残余应力的影响

采用Moldflow公司MPI软件中的Co-injection分析模块,对夹芯注射成型过程进行动态模拟分析；揭示不同材料种类组合对夹芯注射成型过程中残余应力的影响规律。结果发现,夹芯注射体系中两种物料相容性的好坏对芯/壳层界面处残余应力的分布有较大影响,芯层为结晶型材料时会导致残余应力有较大的跃迁。     

塑料制品残余应力的光弹测量和数值模拟

聚碳酸酯塑件广泛应用于光学、光电和电子领域，但残余应力可导致最终产品光学性能的下降。相对于聚甲基丙烯酸甲酯，残余应力对聚碳酸酯注塑件有更明显的影响。本文首先用偏光设备观察了透明聚碳酸酯注塑件残余应力的分布，以此来研究流动残余应力和热残余应力的影响以及它们之间的相互作用。然后基于光弹实验的结果，用数值方法研究了不同成型条件下的流动残余应力和热残余应力。试验获得的条纹数目和条纹形式，和模拟的结果一致，表明了流动方式、不平衡的温度分布导致聚碳酸酯注塑件产生残余应力的产生。     

微孔塑料注射成型制品体积收缩与翘曲变形数值分析

采用Moldflow软件，通过微孔注射成型过程的数值模拟，系统研究了熔体注射温度、模具温度对其体积收缩、翘曲变形和残余应力的影响规律，并基于流变学理论，揭示了其影响机理。研究结果表明，随着熔体注射温度和模具温度增加，微孔注射制品翘曲变形和残余应力均增加，成型制品的体积收缩随着熔体注射温度升高而增加，而随着模具温度升高而减小。本研究为微孔注射成型工艺和模具的设计提供理论指导。     

注塑件残余应力的分析研究

根据注射成型的工艺特点，分析了注塑制品残余应力的产生原因和影响因素。     

注塑工艺参数对制品残余应力和收缩的影响

注塑成型工艺参数对制品的最终残余应力和收缩有着直接的影响。基于线性黏弹性模型模拟计算了注塑成型过程中由温度和压力引起的残余应力和收缩。以无定型材料PS和ABS为例,系统地研究了不同成型工艺条件下平板制件的最终残余应力和收缩,并和实验结果进行对比验证。结果表明：在流动方向上无定型材料的收缩基本保持不变,残余应力沿壁厚分布的形状也基本相同,但流动末端处的应力值稍大于流动入口处;保压压力是影响制品收缩的关键因素,提高保压压力和注射温度可以降低制品的最终收缩,而模具温度对收缩的影响较小。     

Residual stress and viscoelastic deformation of film insert molded automotive parts

Complex automotive parts were produced by film insert molding and the ejected parts were annealed to investigate the viscoelastic deformation. Warpage of the part was predicted by numerical simulation of mold filling, packing, and cooling stages with non‐isothermal three‐dimensional flow analysis. The flow analysis results were transported to a finite element stress analysis program and the stress analysis was performed by using time‐temperature superposition principle to investigate viscoelastic deformation. Predicted residual stresses, viscoelastic deformation, and warpage showed good agreement with experimental results. Thermal shrinkage of the inserted film and relaxation of the residual stress affected the viscoelastic deformation of the part significantly during annealing. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2010     

注塑充填过程变厚度截面速度压力场数值模拟

采用有限元法,对注塑充填过程中“凸”型和“刀”型塑件截面的速度场和压力场进行数值模拟。通过结果分析得出：广义Hele-Shaw流动假设在熔体前沿部分不合理,在塑件截面突变处Hele-Shaw假设也失效,尤其在突变的较宽截面处误差更大。     

退火对注射成型PC制品力学性能的影响

注射成型的塑料光学制品应用日益广泛,但注射成型加工的聚碳酸酯制品通常有较大的残余应力,会对制品的光学性能、力学性能有负面的影响,而退火可减少/消除制品的残余应力。本文考察了退火对不同工艺条件下注射制品残余应力和力学性能的影响。研究的工艺条件包括三水平的变化的模具温度、熔体温度、保压压力、冷却时间等;残余应力的变化通过光弹实验的应力干涉条纹表示,力学性能的变化以拉伸强度、延伸率的变化表示。实验发现,退火前后,不同工艺条件下注塑PC制品拉伸强度平均提高4.5%,最大达9.0%;同时,断裂延伸率平均降低3%,最多减少14%。     

水辅助注塑PP/EVOH共混物制品的相形态与阻渗性能

选择3种不同黏度的聚丙烯(PP)与聚乙烯醇(EVOH)共混制备质量比为90/10的共混物,并采用水辅助注塑(WAIM)将这3种共混物成型为中空制品。从WAIM制品靠近浇口(1^#)和末端(2^#)两个位置取出样品,通过扫描电镜观察样品壁厚上3个位置的相形态,并测试所取样品的甲苯渗透率。借助WAIM中高压水作用下模腔内熔体的流场对样品中3个位置的相形态进行了分析。对WAIM的高黏度比共混物制品2^#样品,在外表层和内表层分散相呈粗纤维状,芯层主要呈液滴状,其阻渗性能与相应的WAIM PP样品比有适度提高(约2.4倍);对WAIM的2种低黏度比共混物制品2^#样品,外表层和内表层分散相呈细纤维状,芯层呈粗长纤维状,其阻渗性能与相应的WAIM PP样品比提高幅度较大(其中对黏度比最小的共混物达9.8倍)。1^#位置所取3种WAIM PP/EVOH样品中分散相纤维的平均直径比2^#位置的大,导致1^#位置所取样品的阻渗性能比2^#位置的低。     

微流道中聚合物熔体的流变特性及其数值模拟

在构建表征微尺度下熔体流变特性的勃度模型基础上,通过分析ABS熔体在不同注射温度、不同截面尺寸微流道中的压力分布,对微注射成型过程中聚合物熔体豁度变化对填充过程的影响规律进行了研究。数值模拟结果表明,在微流道中熔体的微尺度豁度小于传统勃度,且随微流道截面特征尺寸的减小而成比例减小;熔体速度分布随微流道截面特征尺寸减小而趋于均匀。     

注射成型聚苯乙烯制品双折射的光弹测试与分析

分析了无定形聚合物注射成型双折射行为及其产生机理,利用光弹法测试了不同工艺条件下聚苯乙烯(PS)平面内双折射分布,考察了熔体温度和保压压力变化对制品双折射和流动残余应力的影响。结果表明,PS制品残余双折射值在流动方向上从浇口附近至流动末端逐渐降低,并且最大双折射值随保压压力增加和熔体温度降低而升高;保压压力对浇口附近双折射分布影响明显。根据双折射的光弹测试结果分析了P制品分子取向和流动残余应力的分布趋势。