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。     

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。     

共注塑制品芯层熔体的注射温度对制品质量的影响

在共注塑成型中,是否出现前沿突破现象和芯／壳层材料的分布情况是衡量制品质量的主要指标。在成型过程中芯层熔体的注射速度是影响材料充填和最终分布的主要因素。本文采用MPI软件Moidflow进行共注射模拟分析,研究不同的芯层熔体的注射温度对前沿突破现象和芯层材料的分布情况的影响。     

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。     

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。     

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。     

6201合金管材连续流变扩展挤压成形过程的数值模拟和实验研究

数值模拟和实验研究了6201合金管材连续流变扩展挤压成形过程中的温度场分布和熔体流动规律.结果表明,在连续流变扩展挤压6201合金管材过程中,辊-靴型腔中的合金等温线向轧辊侧偏移,随着浇注温度的升高半固态区间逐渐下移;在辊-靴型腔中合金熔体服从牛顿流体的层流运动规律,从工作辊表面向靴表面速度依次递减,在靴表面速度为0 ...     

短纤维增强聚丙烯水辅注射成型短纤维取向的数值模拟

水辅注射成型(WAIM)不同于传统注射成型(CIM),其短纤维取向分布相对复杂。文中以中空直管为例,对溢流法WAIM短纤维取向进行3D数值模拟,并通过模拟结果与扫描电镜照片比对来验证短纤维取向预测模型的有效性。提取断面不同厚度处的取向张量值,分析了溢流法WAIM中短纤维取向机理。模拟结果表明,残余壁厚中短纤维取向分布具有明显的外层-壳层-内层结构特点,外层和壳层中短纤维以沿着熔体流动方向取向分布为主,垂直流动方向次之,厚度方向最弱,靠近水道的残余壁厚内层受到高压水柱影响短纤维趋于自由取向分布;对不同部位断面进行分析,由于存在不同应力场和速度场,短纤维在3个方向的取向张量沿轴向有一定变化,同时溢流口模具结构对其存在影响。     

基于超声的注塑成形在线监测技术

目的 在传感器与熔体不接触的条件下获取注射成形过程中熔体流动固化收缩等准确信息。方法 基于超声传感技术,建立适用于塑料注塑成形过程的超声监测系统,通过超声探头采集型腔中某点的超声反射信号强度,结合压力传感器数据与有限元仿真结果对超声信号特征峰值进行分析,并在不同注塑压力、速度、冷却时间等工艺条件下进行多组实验。结果 超声信号特征峰值能够精确感知注射成形过程中熔体流动前沿到达、型腔充填完成、V/P转换、冷却收缩等型腔内实时信息。结论 与压力传感器等技术手段相比,通过超声技术可在与熔体不接触的条件下获取型腔内熔体演变的更多信息。     

超声外场对复合材料注射成型流动行为影响的可视化实验

利用自主研制开发的基于可视化技术的超声激励注射成型装置,对超声频率为19.5kHz时,不同超声功率、不同注射速度以及不同玻纤含量条件下,短玻纤增强聚丙烯(GF/PP)复合材料熔体前沿充填型腔的状况进行直接观测记录,并对超声外场对复合熔体充型流动行为的影响进行研究。结果表明,超声外场在一定程度上改善了10%GF/PP的熔体充型流动行为,而且最佳超声功率值随着注射速度不同而有所改变,超声外场对于20%GF/PP的熔体充型流动行为改善效果并不明显。为后续研究超声外场对复合材料注塑成型特性的影响可以提供可靠依据。     

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。     

基于数值模拟的注塑模熔体前沿速度优化

在注塑成型的过程中,非均匀的熔体前沿充填速度将导致非一致的取向,以及非均匀收缩和翘曲变形,理想的充填模式应尽可能使熔体在充填过程中保持熔体前沿速度为常数.文中将数值模拟技术与遗传算法相结合用于注塑成型熔体前沿速度的优化,确定螺杆行程中的最佳分段控制点,以及控制点处的注射体积流率或螺杆速度的最优值以获得均匀一致的熔体前沿速度.数值分析采用广义的Hele-Shaw流动模型,耦合利用有限元/有限差分来求解控制方程,并利用控制体积概念实现熔体前沿的自动更替和推进.算例表明,优化的工艺条件设置可以使熔体前沿速度的均匀性提高50%左右.     

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。     

工艺条件对注射成型PP/POE共混制品结晶度的影响

以矩形聚丙烯(PP)/乙烯-辛烯共聚物(POE)共混制品为例,研究了注射成型工艺参数对结晶度的影响规律。通过扫描电子显微镜(SEM)得到POE分散相含量,结合差示扫描量热仪(DSC)获得PP基体的绝对结晶度。实验结果表明,通常表层的结晶度最低,例外的是在最高注射速率条件下,表层内0.2 mm处结晶度最小;随保压压力增大结晶度减小;高的熔体温度会使剪切形成的晶核前驱(precursor)被重新融化,取向松弛,弱化充填中剪切诱导作用,造成结晶度减小;高的注射速率提高了充填结束后型腔内熔体温度,对结晶度的影响类似提高熔体温度;在低熔体温度和低注射速率条件下成型可获得高的结晶度。     

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。     

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。     

HDPE熔体连续挤出自增强的研究(Ⅱ)自增强试样横截面上性能的不均匀性

DSC分析表明,熔体连续挤出自增强HDPE片材表层的自增强程度要比芯部的高.借助楔形收敛流道内熔体流场(延伸应变速率)与温度场的分布规律,可知,熔体温度是导致自增强试样横截面上自增强程度不均匀的主要原因.     

纤维增强塑料注塑成型集成仿真建模

注射成型过程中的熔体流动分析、纤维断裂和纤维取向预测紧密相关, 并且具有重要的 工程应用价值, 因此对其进行集成仿真是十分有意义的。本文在分析各自特点的基础上, 提出注塑 流动、纤维断裂和纤维取向集成仿真模型, 可对充填和后充填阶段的可压缩流体的非对称流动, 以 及由于熔体流动引起的纤维断裂、三维纤维取向行为进行统一建模, 并且熔体流动和纤维取向相 互耦合。      

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。     

双层聚合物共挤出过程的数值模拟

以HDPE/LDPE共挤出型材为例,用有限元方法对非牛顿流体在共挤出流道内的等温流动进行了二维数值模拟。分析了模具流道收敛角、入口体积流量以及模具结构形状对流道内压力场、速度场以及界面偏移的影响。结果表明:当流道收敛角在0°<α<90°区间变化时,角度的大小对熔体界面影响不大;但当流道收敛角为90°时,共挤出区开始段出现流动死角。流道入口平流区可以使流道内的压力场均匀,有降低流道压力降的作用。HDPE/LDPE两种聚合物熔体共挤出时,其入口流率比对界面位置的影响很大。