超声振动对玻纤增强聚丙烯复合材料注射成型特性的影响

为了研究超声振动对纤维增强复合材料注射成型特性的影响,利用自行开发的超声辅助可视化注射成型实验装置对不同玻纤(GF)含量的GF增强聚丙烯(PP)复合材料进行了超声外场作用下的可视化实验,观测分析了超声功率对复合熔体充填流动行为的影响。此外,通过对试样不同部位的金相观察,分析了超声功率对复合材料纤维取向的影响。结果表明:超声功率会对复合材料注射成型的充填流动行为及制品的纤维取向产生影响,而复合材料纤维含量对超声振动的效果也有直接影响。在纤维含量较低时,超声振动对基体材料微观形态的作用为影响复合材料充填流动性及纤维取向的主因;在纤维含量较高时,超声振动对纤维的作用为影响复合材料充填流动性及纤维取向的主因。研究结果为复合材料超声辅助成型技术的发展提供了依据。     

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。     

超声外场作用下聚合物注射成型模内流动行为的物理可视化分析

以3.5mm矩形平板塑件注射充模过程为研究对象,开发一种用于超声辅助成型技术观测的新型可视化试验分析平台,通过在模具型腔上施加超声振动,研究超声振动对聚丙烯(PP)熔体前沿流动速度以及流动轨迹的影响。结果表明,超声振动能提高PP前沿流动速度(400 W超声时,最高可使前沿流速提高18.0%),充模前期超声振动对提升前沿流速的贡献最大,但是充模中后期,超声振动和剪切热的共同作用决定着前沿流速的大小;同时,超声振动对冷凝区的改变是PP流动轨迹出现分散流动延后变化的主因。     

微注塑成型流动中熔体壁面滑移的研究

基于宏观熔体流动的基本理论及其流动过程中壁面滑移机理的分析,针对微注塑成型模具中熔体充模流动时的壁面滑移行为,建立了微小通道中高聚物熔体流动的壁面滑移理论模型。并用数值模拟方法,对不同滑移系数时微小通道中熔体的壁面滑移对流动速度、熔体压力等的影响进行了研究。结果表明,微小通道中的壁面滑移可使壁面处熔体的流动速度增加,压力损失减小,有利于熔体的充模流动。     

玻纤增强高流动改性聚丙烯的结构与性能

以马来酰亚胺、邻苯二甲酰亚胺改性聚丙烯(PP),研究添加剂对熔体流动速率、热变形温度和力学性能的影响;以玻璃纤维增强改性PP,考察其增强效果。用DSC和XRD分析改性PP的相结构,用SEM观察复合材料的断面形貌。邻苯二甲酰亚胺以微晶形式存在于PP中,熔融的邻苯二甲酰亚胺显著提高PP熔体的流动性,而其结晶改善PP材料的热变形温度和力学性能。用30%玻纤增强高流动改性PP,制得弯曲模量5.6GPa、弯曲强度100MPa和冲击强度68J/m的增强复合材料。     

超声辐照作用下PP/POE共混体系结构与性能的研究

研究了超声辐照对PP/POE共混体系的挤出加工流变行为、力学性能及结晶行为的影响。结果表明:在超声辐照作用下PP/POE共混体系的熔体表观黏度随超声功率的增加而减小,超声辐照能降低口模压力,提高挤出物产量。适宜功率的超声辐照有助于POE粒子的破碎和在PP基体中的均匀分散,改善二者相容性,提高了共混体系的冲击性能。     

注射成型过程中复合材料在型腔内流动行为的可视化实验

利用可视化手段对不同纤维含量热塑性复合材料不同型腔厚度的充填过程进行了动态观察,实验结果表明,尺寸及材料特性对薄壁塑件的熔体流动行为有较大影响,随着壁厚的减薄,复合材料在低速注射条件下熔体充填型腔的速度在后期有突然增大的现象,在高速注射条件下,熔体充填速度会迅速下降,而纤维含量较高的复合材料由于剪切热的作用充填速度下降较小。该研究为薄壁热塑性复合材料注塑成形技术的深入研究提供了参考。     

通过聚丙烯/聚乙烯二元体系的流变控制制备聚合物多层片材

通过毛细管流变仪研究了二元聚合物体系的分相流动行为,以及在动态外场作用下的演变规律,利用低黏度熔体包覆高黏度熔体的"粘性包覆"现象,筛选出具有满足分相流动条件并特定黏度比的聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP),成功地一次成型制备出多层聚合物膜片。利用凝胶色谱仪、偏光显微镜、有限元分析软件等对PP/PE二元体系的形态结构进行了研究,并探讨了分层流动的机理。结果表明,通过PE/PP黏度比可以控制材料流变行为,从而制备"核壳"结构和PP-PE-PP"三明治"结构,并优化出最适宜的加工窗口。同时,发现流动过程中PP和PE的径向速度是不同的,分层流动是材料粘弹性和加工流场共同作用的结果。     

微注塑成型充模流动中的表面张力EI北大核心

微尺度通道中的高聚物熔体流动行为与宏观熔体流动有许多不同。基于对微注塑成型中的熔体充模流动特性的理论分析,建立了微小通道中熔体流动的表面张力模型,并以不同的表面张力系数和不同接触角,对矩形微通道中的熔体流动速度分布进行了数值模拟。结果表明,接触角小于90°时,熔体在通道壁面附近具有最大速度;接触角大于90°时,熔体在壁面处具有最大速度。无表面张力时,熔体填充流动所需时间明显长于有表面张力时的填充时间,即表面张力对微小通道中的熔体流动具有促进作用。     

微注塑成型充模流动中的表面张力

微尺度通道中的高聚物熔体流动行为与宏观熔体流动有许多不同。基于对微注塑成型中的熔体充模流动特性的理论分析,建立了微小通道中熔体流动的表面张力模型,并以不同的表面张力系数和不同接触角,对矩形微通道中的熔体流动速度分布进行了数值模拟。结果表明,接触角小于90°时,熔体在通道壁面附近具有最大速度;接触角大于90°时,熔体在壁面处具有最大速度。无表面张力时,熔体填充流动所需时间明显长于有表面张力时的填充时间,即表面张力对微小通道中的熔体流动具有促进作用。     

短玻纤增强聚丙烯注射压力对微观结构和力学性能影响

报道了短玻纤增强聚丙烯复合材料中玻纤及注射压力对材料微观结构和力学性能的影响规律。实验结果表明: 随着玻纤含量提高, 复合材料的拉伸强度提高, 而断裂伸长率、冲击强度和熔体流动速率则下降。注射压力提高, 拉伸试样芯层中玻纤的平均取向角下降, 取向度提高, 因而拉伸强度增大, 冲击强度下降。皮层结构中玻纤沿熔体流动方向高度取向。聚丙烯球晶尺寸随玻纤含量增加而变小, 规整度也变差, 至40% 时, 聚丙烯已难以形成规整的球晶结构。     

超声作用下PP／POE共混体系结构与性能研究

研究了超声辐照作用下PP／POE共混体系的挤出加工流变行为、力学性能及结晶行为的影响。结果表明：在超声辐照作用卞PP／POE共混体系的熔体表观黏度随超声功率的增加而减小,超声辐照能降低口模压力,提高挤出物产量。适宜功率的超声辐照有助POE粒子的破碎和在PP基体中的均匀分散,改善二者相容性,提高了共混体系的冲击性能。     

注塑工艺参数和超声外场对聚丙烯制件结晶结构的影响

针对模腔内熔体温度对制件冷却过程中其内部分子的凝聚结构及结晶形态的影响,通过自行设计制造的带有热电偶传感器和超声外场的注塑成型实验系统,采用单因素实验方法,通过测量PP制件成型过程中模腔不同位置处的熔体温度同时利用X射线衍射法,对制件内部微观结构形态的检测分析,研究了不同工艺参数和超声功率变化,对制件内部分子凝聚态结构的影响。结果表明,模腔内熔体峰值温度的升高及降温时间的延长,有利于制件内部分子形成结晶结构;但过高的熔体温度则不利于结晶结构的形成。适当增大超声功率能够有效促进制件内部分子生成结晶结构,使其结晶度提高;但过高的超声功率会使制件的结晶度下降。试验工艺参数条件下,施加600 W超声功率时,制件获得平均48.06%的最高结晶度,有效地提高了制件的力学性能。     

无卤氮磷膨胀阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料的制备与性能

因玻纤"烛芯效应"制备阻燃玻纤增强聚合物复合材料是具有挑战性的课题。文中以自制的膨胀型阻燃剂MPAL与八乙烯基倍半硅氧烷(OV-POSS)组成的复合阻燃剂阻燃玻纤增强聚丙烯(PP),研究了玻纤(GF)和增容剂马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)对阻燃PP体系的阻燃性能和力学性能的影响,结合扫描电镜和热重分析探讨了相应阻燃机理。结果表明,在阻燃PP体系中加入玻纤及适当增加其含量会显著改善阻燃PP材料的阻燃性能,归因于加入玻纤提高了阻燃PP体系的热稳定性以及利用MPAL/OV-POSS分解形成的复合炭层覆盖于玻纤表面,从而达到阻断玻纤"烛芯效应"目的。此外,加入增容剂MAPP及适当增加其含量会明显提高阻燃玻纤增强PP复合材料的力学性能,但对材料阻燃性能改善有限,归因于MAPP对体系界面结合和相容性的显著改善作用。当玻纤和MAPP质量分数分别为30%和5%时,所得阻燃玻纤增强PP复合材料具有优异的综合性能,表现出良好的应用前景。     

固相缩聚半芳香透明聚酰胺的注射成型及力学性能

采用固相缩聚的方法制备了一系列熔体流动速率不同的半芳香透明聚酰胺(SATPA),并对其注射成型加工工艺及力学性能进行了研究。研究结果表明:注射成型条件对制品的外观质量有较大影响,熔体流动速率不同,固相后缩聚SATPA的适宜注射成型条件不同。随熔体流动速率的减小,固相缩聚SATPA的拉伸强度、弯曲模量和冲击强度逐渐增大,弯曲强度和断裂伸长率基本不变,综合力学性能更加优异。     

不同流道截面型腔的水穿透行为

纤维取向分布直接影响水辅注塑成型制品的使用性能,如冲击强度、屈服强度及拉伸强度等。多样化的流道截面型腔用于满足水辅制品在不同场合中的应用,不同的流道截面型腔势必会影响水辅制品中纤维取向分布。文中旨在研究圆形、上圆下方形及方形的截面流道型腔中短玻纤增强聚丙烯复合材料的水辅助注射成型过程。结果发现,随着熔体温度的升高、注水压力的增大及注水延迟时间的缩短,3种流道截面型腔制品的中间端处残余壁厚减薄及短玻纤沿聚合物熔体流动方向的取向度提高,且在相同加工变量下,圆形截面流道型腔制品的中间端处残余壁厚最薄及短玻纤沿聚合物熔体流动方向的取向度最高,其次是上圆下方形,最后是方形。综合制品的中间端1处及2处残余壁厚可知,聚合物熔体温度在210～230℃、注水压力7～10 MPa及注水延迟时间1～5 s时,上圆下方形截面型腔制品的中间端处残余壁厚及短玻纤沿聚合物熔体流动方向的取向度更趋近于圆形。     

立构缺陷分布均匀性对等规聚丙烯/玻璃纤维复合材料结晶及形态的影响

利用具有不同立构缺陷分布均匀性的聚丙烯,制备了玻璃纤维/聚丙烯(简称玻纤/PP)复合材料,研究了玻纤含量和PP立构缺陷分布对复合材料的结晶动力学行为、结晶结构及聚集态结构的影响。结果表明,立构缺陷分布更不均匀的PP-A具有比PP-B拥有更高的结晶能力、结晶速率和更低的结晶活化能(ΔE)。玻纤的加入促进了PP的结晶,但在相同的玻纤加入量时,PP-A的结晶能力始终比PP-B更强,说明立构缺陷分布的均匀性比玻纤的加入对结晶影响更大;玻纤的加入更倾向于促进立构缺陷分布不均匀的PP-B形成β晶,且在相同条件下,在PP-B中的分散更加均匀。上述结果表明,在玻纤/PP复合材料的结构与性能设计中,PP立构缺陷分布的均匀性也是需要重视的重要因素。     

微齿轮注塑成型正交优化及数值模拟

介绍了采用高聚物成型微齿轮的主要成型方法--微注射成型.比较了不同种类的注射原料ABS、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)的成型工艺,并就影响微注射成型中影响微制件质量的主要工艺过程:充模压力、熔体温度、模具温度和充填时间等进行数值模拟研究,采用正交优化方法对成型方案进行优化,获得优化的成型参数.为微齿轮成型模具的结构设计、成型工艺参数的合理化等等提供理论依据.通过对微齿轮成型过程的数值模拟优化,得到微注射成型的模具温度升高、注射压力增大、注射温度升高都会缩短充模时间;结果显示,聚合物材料对微注塑齿轮的适用性依次为:ABS＞PP＞PC.     

共注成形过程中聚合物流动特性的物理可视化试验

目前对于聚合物制品共注成形工艺过程中熔体流动特性的理论研究还缺乏直接可靠的试验依据。针对这一现状,文中通过自行开发的可视化试验装置及高速摄像机直接观测共注成形时聚合物熔体流动过程,并与相同成形参数下聚合物在相同尺寸结构的金属型腔内的流动过程进行对比,对其流动特性进行分析。研究结果表明,共注成形的熔体充型流动过程会显示出与常规注射成形不同的特征。熔体的温度是影响共注塑成形特性的主要因素,不同温度的熔体在不同的注射速率下也会呈现出不同的成形特性。     

沟槽型真空注射成型工艺的研究

真空注射成型工艺是一种新型的复合材料液体模塑成型工艺,对沟槽型真空注射成型工艺开展了实验研究,通过充模实验确定了引流槽的宽度、深度和槽间距及主槽的槽间距等工艺参数并进行了优化;对影响充模过程的各种因素进行了详细的讨论,并以夹芯面板的制作实例阐述了沟槽型真空注射成型的工艺过程。