工程用高聚物注塑成型制品服役应力优化设计

近年来,航空航天、汽车等工程领域大量使用工程用高分子聚合物材料制备结构零部件。在复杂的工作环境下,工程用高聚物注塑成型零部件承受机械荷载、热荷载等服役条件,其服役应力的大小直接关系到工程设备的结构安全。将半球形聚碳酸酯（PC）制品的翘曲变形和残余应力作为服役的初始条件,建立考虑制品结构、模具结构以及工艺条件的服役应力优化模型,利用基于Kriging代理模型和EI加点法的序列优化方法,有效地降低了半球形聚碳酸酯制品的服役应力。结果表明,制品厚度、熔体温度和保压压力对服役应力影响较大。     

热定形对聚碳酸酯性能的影响

众所周知,塑料注射制品总是处于复杂的应力状态下。制品中的应力有时相当大,从而导致制品在使用过程中,产生翘曲、开裂、性质显著变坏等现象。制品在各种介质里和各种温度——时间条件下进行热定形,是降低应力的一种有效方法。利用偏振光方法,可评价聚碳酸酯试样在不同的热定形条件下的内应力。园柱     

基于Kriging代理模型的注塑件残余应力优化分析

以注塑成型制品中脱模后的最大Mises-Hencky残余应力为目标函数,运用基于Kriging代理模型及EI加点准则的序列优化方法,对聚碳酸酯材料制品进行了工艺参数(包括熔体温度、模具温度、注射速率、保压压力及保压时间)优化。算例结果表明,所提出方法可以有效地降低注塑件内的最大Mises-Hencky残余应力。在此基础上对充填阶段进行深入分析,用贝塞尔曲线控制方式代替常规的常速率充填控制方式,进一步降低了制件内的残余应力。     

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%。     

后处理工艺条件对聚碳酸酯制品内应力影响的研究

借鉴金属材料退火降低其内应力的热处理方法,将高分子材料制品置于干燥箱及水浴锅中进行后处理,利用自主研制的高分子材料透明制品内应力检测装置研究了不同后处理工艺参数对以镜片为代表的聚碳酸酯制品内应力影响,结果发现,在同一后处理时间、不同后处理温度且缓冷条件下,在热变形温度以下提高后处理温度可以有效降低聚碳酸酯制品内应力并改善其内应力分布状态,而急冷条件下则会造成制品二次内应力集中;同一后处理温度、不同后处理时间且缓冷的条件下,存在一个最佳的后处理时间范围,而急冷的条件下延长后处理时间不利于制品内应力的改善。以上结果可为今后寻求有效降低高分子材料制品内应力的措施奠定理论与实践基础。     

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。     

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。     

聚碳酸酯的注射成型工艺

分析了聚碳酸酯的注射成型工艺特性，讨论了影响聚碳酸酯制品质量的工艺因素，包括模具与设备、制品与嵌件结构、原材料干燥、注射温度、注射速率、注塑压力、成型周期、模具温度、制品后处理等。总结了聚碳酸酯注射成型制品常见的缺陷及解决措施。     

聚碳酸酯气体辅助注射成型制品内应力分布及改善工艺

聚碳酸酯(PC)注塑制品出模后在无外加约束条件下内部应力得不到松弛释放,易导致制品产生开裂,严重影响制品的服役性能。为探究PC制品内应力分布规律,找到有效降低内应力的工艺措施,基于气体辅助注射成型(GAIM)工艺和自行设计制造的带有半圆形加强筋的平板试验模具,结合光弹法和溶剂检测法,研究GAIM制品内应力的分布特点,讨论注气压力和气体保压压力两种工艺参数对GAIM制品内应力的影响规律,提出两种改善制品内应力的工艺方法。研究发现：通过光弹法观测到的应力条纹分布与溶剂浸泡后的裂纹开裂区域一致,即GAIM制品末端及边缘处内应力较大,沿气道两侧应力分布较均匀;较高的注气压力和较低的气体保压压力可以更加有效减小GAIM制品的内应力;通过对GAIM制品24 h即时退火和延长二次注气的卸压时间可以有效降低制品内应力。     

模具结构和熔体温度对PC透明制品性能的影响

用光弹实验测试不同浇口类型、不同熔体温度下聚碳酸酯透明注塑制品的应力分布,并测试了制品的拉伸强度和透光率。研究发现,模具结构对残余应力的分布形式影响显著,高应力区的拉伸强度较低,相对于无应力区最高降幅达2.69MPa;在同一成型条件下扇形浇口试样的透光率普遍要高于潜伏式浇口试样;熔体温度对试样的残余应力分布影响不大,但随着温度的升高,拉伸强度缓慢提高;要满足最佳透光率效果,不同模具结构的试样成型温度不同,试样的透光率最高达89.93%,浇口高应力区的透光率明显较低。     

一种聚合物制品内应力新型测量方法的研究

提出了利用超声波来测量高分子聚合物制品表面内应力的新方法,并且建立超声波波速和内应力间的关系模型,通过聚合物拉力实验方法也验证了此模型的正确性,最后有效地测量了通过注塑成型后聚碳酸酯(PC)薄片制品上内应力的大体分布情况,证明了用表面波测量聚合物表面残余应力值切实可行,且该方法快速、有效。     

注塑工艺对聚碳酸酯制品环境应力开裂行为的影响

研究了不同注塑工艺下成型的聚碳酸酯（PC）平板制品的环境应力开裂行为。结果表明：在四氯化碳浸渍下,在制品侧壁位置出现分层开裂;熔体温度升高可以提升PC制品的耐环境应力开裂性;保压压力较大时,制品开裂现象较为明显。在分析分子取向和残余应力与制品环境应力开裂行为关系的基础上,探讨了注射成型工艺对PC注塑制品环境应力开裂行为的影响机理。     

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。     

荷载-冻融耦合作用下充填层自密实混凝土的耐久性及损伤模型

为掌握处于冻融服役环境条件下充填层自密实混凝土(SCC)的耐久性,设计了轴压荷载-冻融耦合作用模拟试验,对比研究了SCC在冻融循环作用、荷载-冻融循环耦合作用下的质量、峰值应力、峰值应变等参数随冻融循环次数的变化规律;结合统计损伤理论,建立了相应的损伤本构模型,讨论了损伤变量与冻融循环作用次数的变化关系。结果表明:相较于单一冻融作用,1/3应力水平的轴压荷载与冻融循环耦合作用下的充填层自密实混凝土劣化速率更大,此时难以抵抗300次冻融循环作用,掺适量聚丙烯纤维或橡胶粉可较好改善其在荷载-冻融循环耦合作用下的耐久性。所建立的损伤本构模型可较好地描述荷载-冻融耦合作用后混凝土应力-应变关系,其损伤变量与冻融次数具有良好相关性。     

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 %。     

非光气法生产聚碳酸酯技术

聚碳酸酯是一种无味、无臭、无毒、透明的无定形热塑性材料，是分子链中含有碳酸酯的一类高分子化合物的总称，简称PC。双酚A型聚碳酸酯是目前产量最大，用途最广的一种聚碳酸酯，也是发展最快的工程塑料之一，因其具有优良的冲击硬度，耐蠕变性、耐热耐冷性、耐老化性、电绝缘性及透光性，广泛应用于电气电子零件，机械纺织，工业零部件，建筑结构件，航空透明材料零部件，泡沫结构材料等。     

特大桥加固分析

本文通过MIDAS软件模拟建立合拢段横向模型结构,考虑预应力荷载、桥梁自重、外部荷载和温度应力等因素,在组合荷载情况下模拟应力分布情况,基于桥梁底部位置拉应力分布,分析梁底位置形成横向裂缝诱导因素,及验证采取合理加固方式对桥梁影响大小。     

耐应力开裂的改性聚碳酸酯

聚碳酸酯具有优良的机械性能、尺寸稳定性和良好的介电性能,是一种性能较全面的工程塑料。近年来国内已有不少单位开始应用,并取得一定成效。但是由于聚碳酸酯链段具有很大的刚性,加之它极大的熔体粘度,注射成型时制品中残留的应力难以自     

高温设备和管道的附属结构优化研究

分析了高温设备和管道附属设施主要失效形式及原因。附属设施中,较高的热应力是导致结构热疲劳、应力松弛、高应力致强度不足开裂等失效的主要原因。结合工程实际应用和分析,提出了设置热箱、采用合理的冷物料进口结构、改变结构件刚性以及合理设置保温等措施,降低结构温度梯度和热应力,并尽可能避免结构机械高应力集中区域与热应力集中区域重合,使应力分布趋于合理。通过一系列结构优化措施,并借助于热-机械荷载分析,实现设备和管道安全运行。     

聚丙烯注塑件微观结构对性能的影响

讨论了聚丙烯注塑制品的微观结构形态,包括结晶、取向、残余应力、密度分布与制品收缩以及熔合缝等的形成及其对塑件宏观性能的影响。阐明了在注射成型工艺条件下形成的微观结构最终决定着制品的物理力学和使用性能。