注射成型热塑性聚氨酯制件的取向形态演变和力学性能

通过光学双折射、小角X射线散射(SAXS)和广角X射线散射(WAXS)等研究热塑性聚氨酯(TPU)在注射成型过程中熔体流动场对其取向形态演变、残余应力和力学性能的影响.双折射结果表明,沿熔体流动路径上制件残余应力降低.由 SAXS和 WAXS结果可知,TPU分子链中的硬段沿熔体流动方向取向,而团聚成的硬域垂直于熔体流动方向取向.TPU拉伸性能沿熔体流动方向和垂直于熔体流动方向呈现出明显的差异性,制件中间区域的拉伸强度最高,这是因为硬段和硬域在制件中间区域取向度最大,硬段和硬域的取向有助于提升拉伸强度.     

温度对kapton聚酰亚胺力学性能与疲劳强度影响的研究

研究了kapton薄膜的力学性能、疲劳强度与温度的关系。结果表明:kapton的屈服强度和拉伸强度均随温度的升高而降低,但温度对拉伸强度的影响更为显著;kapton的弹性模量随温度升高而增大,但温度越高,弹性模量增大得越慢;20℃以下时,温度升高对kapton的延伸率没有影响,20℃以上时,延伸率随温度升高而降低;随温度升高kapton薄膜的疲劳强度线性降低。     

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。     

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。     

全同聚丁烯-1注塑成型参数对力学性能和结晶形态的影响

全同立构聚丁烯-1(i PB)根据加工条件的不同,在冷却结晶时会形成复杂的多晶结构和形貌。在注射成型加工过程中,i PB的结晶过程是在高的注射压力下进行的非等温流动诱导结晶。文中研究了注射成型的模具温度、注射压力及保压压力对i PB力学性能的影响,并通过差示扫描量热测试和偏振光学显微镜观察i PB的结晶行为。结果表明,低的模具温度可以提高制品的初始密度和室温放置4 d后的成型密度,30～40℃时制品最终密度和体积收缩率最低。成型温度提高有利于改善制品的弯曲性能,但冲击强度显著降低。随着模具温度升高,制品的结晶度和熔点升高。注射成型中的流动诱导结晶可以改变i PB的晶体形态,制品表面形成微晶组成的取向层,内部较大的球晶显示出随注射流动方向取向的椭球形。     

微注塑拉伸试样设计及流动特性分析

微拉伸试样的设计,是成功测试微尺度下力学性能的关键。文中设计了不同厚度微拉伸试样及相应的微注塑模具,分析了模具设计及尺度效应对微拉伸试样充填行为的影响,并研究了工艺参数对不同厚度微试样(0.1mm、0.2mm、0.5mm、1mm)充填行为的影响。短射实验表明,随着微试样厚度减小,在微试样有效拉伸长度内,熔体流动前沿呈现为一维平板流动;4个厚度下,0.5mm厚的熔体流动性明显优于其它3个尺寸。工艺影响实验表明,随注射速度、模具温度、熔体温度工艺参数的增加,熔体流动性增强。     

云母/聚丙烯共混物熔体的拉伸流变性能

采用双料筒毛细管流变仪和Haul-off牵伸设备, 研究了云母(Mica)/聚丙烯(PP)共混物在拉伸流场中的流变性能。结果表明: Mica/PP共混物熔体拉伸流动属于拉伸变稀型, 随着云母含量的增加, 熔体的表观拉伸黏度逐渐增大。熔体的拉伸应力和表观拉伸黏度均随温度的升高而下降。随着拉伸应变速率的提高, 熔体的拉伸应力增大, 表观拉伸黏度减小, 熔体拉伸流动活化能呈下降趋势。云母微粒的加入使聚丙烯熔体的拉伸模量明显增大, 但随着拉伸速度的提高, 共混熔体的拉伸模量下降显著。为了提高Mica/PP共混物的纺丝稳定性, 应严格控制好拉伸速度和加工温度。     

长纤维增强聚合物注塑流动纤维取向分布数值模拟

基于Hele-Shaw流动模型及广义牛顿流体本构方程,采用ARD-RSC取向模型,建立了长纤维增强聚合物注塑成型流动数学模型。以方形薄板为研究对象,运用Moldflow对注塑流动过程进行模拟,研究注射时间、熔体温度、模具温度和保压压力对纤维取向及分布的影响。结果表明,注射时间对纤维取向的影响最为显著,随着注射时间延长,纤维取向值增加;随着熔体温度或模具温度的升高,纤维取向值减小;保压压力对纤维取向的影响与速度/压力转换点有关。     

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。     

热处理对β-PPR和高熔体流动速率β-PPR结晶性能的影响

通过添加稀土β成核剂和过氧化物获得β-PPR和高熔体流动速率β-PPR。运用差示扫描量热仪(DSC)和X射线衍射仪(XRD)研究了熔体流动速率对结晶性能的影响。结果表明,过氧化物的加入使β-PPR中β晶含量降低。将无规共聚聚丙烯(PPR)、β-PPR和高熔体流动速率β-PPR分别在80℃~120℃热处理1 h,随热处理温度升高,PPR的结晶度持续升高,而β-PPR和含过氧化物的β-PPR结晶度呈现先升高后降低的趋势。在研究温度范围内,随热处理温度升高,各样品中β晶含量降低。     

双向复合应力场挤出成型双向增强SGF/HDPE/PP管材的结构与性能

利用自行设计制造的剪切拉伸双向复合应力场挤管装置生产出了双向增强的短玻璃纤维/高密度聚乙烯/聚丙烯(SGF/HDPE/PP)管材,研究分析了应力场对复合体系管材的拉伸强度、微观分子取向和结晶的影响。结果表明,在200℃以下时,该应力场能改善管材的强度,在保持管材轴向拉伸强度不降低的情况下,其周向拉伸强度的最高改善量达到40.9%,且随着温度的升高而逐渐提高;分子的结晶度也随着温度和转速的升高而增加;同时该应力场促进了分子的取向分布,但分子的解取向效应却随着温度的升高而变得更加严重。     

SiO_2包覆改性纳米TiO_2粒子对聚丙烯拉伸流变性能和结晶行为的影响

为了探究光催化功能性聚丙烯(PP)纤维的可纺性及加工性能,首先以SiO2包覆改性纳米TiO2粒子(SiO2@TiO2)为添加剂,对PP进行共混改性。然后,用毛细管流变仪测试了SiO2@TiO2/PP共混熔体的拉伸流变性能,用XRD和DSC研究了SiO2@TiO2对PP性能的影响。结果表明:SiO2@TiO2/PP共混熔体属于拉伸变稀型流体。熔体的拉伸应力和拉伸黏度均随温度的升高而下降;拉伸黏度随添加剂用量的增加而增大,拉伸流动活化能随拉伸应变速率的提高而降低。SiO2@TiO2的加入不会明显改变PP的结晶结构,但会使结晶性能增强,当SiO2@TiO2的含量为4wt%时,共混熔体的结晶度比纯PP的高8.6%。SiO2@TiO2能使PP形成更为紧密的晶体结构,这对材料的性能具有重要影响。     

GMT流动成型纤维取向研究

GMT材料流动成型后玻纤在平面内发生取向，导致模压件呈各向异性，本研究从成型后制品上取样烧尽树脂，由扫描仪获取纤维数值图像，用Photoshop软件将图像反相，增强，再利用MATLAB软件确定纤维取向分布，研究表明，GMT单向流动成型时纤维沿流动方向取向，随流动距离增大，取向趋向更为明显，而均匀双向拉伸流动纤维取向程度较小，与片材相比，材料力学性能沿取向方向增大，但垂直取向方向材料性能变差。     

纤维含量对注塑制品残余应力影响的数值模拟

采用短纤维增强尼龙6复合材料,对带有半圆形缺口平板制件的注塑成型过程进行了模拟。以制件半圆形缺口附件的5个单元为研究对象,分别获得了不同位置上纤维取向和制件脱模时应力沿厚度方向上的变化,深入讨论了模具外形、纤维含量变化对纤维取向以及残余应力的影响。研究结果表明,随着纤维含量的增加,纤维间相互作用系数Ci减小,取向程度升高,皮层取向厚度减小,芯层取向厚度增加;纤维含量越高,制品冷却时沿厚度方向的压力幅值越大,残余应力沿厚度分布幅值也越大;制件形状的改变,影响了熔体流经此处的流动状态,同时也影响了缺口附件纤维取向以及残余应力。     

拉伸热定型对PPS纤维结构与性能的影响

以国产聚苯硫醚(PPS)为原料,采用熔融法纺丝制备PPS纤维,测定了拉伸倍数、拉伸温度和热定型温度对纤维结构与性能的影响。结果表明,PPS纤维的断裂强度和整体取向随拉伸倍数的变化趋势一致,收缩率随拉伸倍数的增大而增大;随着拉伸温度的升高,纤维收缩率减小,而断裂强度和取向呈先增大后减小的趋势;随热定型温度升高,纤维断裂强度增大,收缩率减小。     

等规聚丙烯微注塑制品的形态结构和力学性能

选用等规聚丙烯材料,基于正交表L_(25)(5~6)进行微注塑成型实验,制备厚度为0.5 mm的微注塑拉伸试样。采用偏光显微镜和广角X射线衍射仪对其形态结构进行表征,并分析工艺参数对微制品形态结构的影响规律和影响度。对微制品试样进行拉伸实验,分析工艺参数对其屈服应力、弹性模量和断裂伸长率的影响规律和重要度。结果表明,注射速度对微试样的形态结构和力学性能的影响最大;皮层厚度和皮层取向度随着注射速度的增大而减小;屈服应力随注射速度、熔体温度的增大而减小;熔体温度对弹性模量和断裂伸长率的影响较大,且弹性模量随着熔体温度的升高而减小,断裂伸长率随着熔体温度的升高而增大。     

电子束辐射对取向性聚醚醚酮性能的影响

在室温空气气氛中用电子束(EB)辐照拉伸取向后的聚醚醚酮(PEEK)片,研究了辐射对取向性PEEK片材性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、差示扫描量热(DSC)和万能拉力机等手段测试了不同辐射吸收剂量对取向性PEEK片受力方向(平行方向)和垂直于受力方向(垂直方向)的结晶性能、热稳定性、力学性能和热收缩性能的影响。结果表明,在实验吸收剂量范围内,样品的结晶温度、熔融焓以及结晶度都随着吸收剂量的增加而减小;随着吸收剂量的增加样品的热稳定性降低;在空气气氛中辐照样品,其平行和垂直方向上的断裂伸长率、断裂应力均随吸收剂量的增加而减小;辐照后样品平行方向的热收缩率是垂直方向的2倍,在不同吸收剂量的条件下两方向的热收缩率都不变。     

PEN短纤维增强PTT复合材料的流变性能及力学性能

研究了聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)/聚对萘二甲酸乙二酯(PEN)短纤维复合材料的流变行为和力学性能,讨论了复合材料的组成、剪切应力和剪切速率及温度对熔体流变行为、熔体黏度的影响,以及不同配比复合材料的力学性能。结果表明,PTT/PEN短纤维复合材料熔体为假塑性流体,熔体表观黏度随着温度升高而下降,且熔体黏度随着PEN短纤维含量增加而不断上升。随PEN短纤维加入量的增加,复合材料的拉伸强度、断裂强度、弹性模量均明显提高,无缺口冲击强度略有提高,说明PEN短纤维的加入对PTT起到了明显的增强作用而不降低材料的韧性。     

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。     

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。