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水辅助注塑成型技术因其在制件性能优、生产周期短和成本低等方面的独特优势越来越受到国内外学者和业界的重视。目前针对溢流法水辅助注塑成型过程中,鲜有对水针口径及注水偏转角度方面的理论研究,因此对该成型机理的认知还存在不足。本文拟通过对短纤维增强聚乙烯水辅助注塑成型的理论和数值模拟研究,考虑聚合物黏弹性以及注水湍流形态的影响,建立更为符合实际的数学模型,揭示短纤维增强聚合物的成型过程中工艺参数及水针对水辅助注射填充过程中各场量的影响,进而分析对制件内在形貌的影响,最终提出科学且实用的成型工艺制订和水针设计的指导思想和优化原则,为短纤维增强聚合物水辅助注射成型的工业化应用提供理论与技术支持。
本篇论文的主要内容概要如下:
1、论述了水辅助注塑成型技术的起源与发展、现阶段的研究手段和短纤维增强聚合物的研究现状。
2、基于有限元数值模拟技术,较为全面考虑注塑成型过程中存在的多相流、残余应力、热交换、凝固、湍流效应和纤维增强聚合物复合材料的非均匀各向异性热力学属性,建立120°-150°弯曲薄壁管件水辅助注塑流动三维数值模型。
3、围绕水辅助注塑成型过程穿透行为的核心问题,从粘性流体动力学理论出发,基于短玻璃纤维增强聚合物水辅助注塑特点,研究注塑成型过程中穿透长度与残余壁厚的成型规律,着重分析和讨论水针口径、注水延迟时间、注水压力和熔体温度对穿透行为的影响机理。研究结果显示:缩短注水延迟时间、增加注水压力、升高熔体温度都能有效增大制件的中空率,成型出更薄的管件。同时水针口径对水辅助注塑成型的影响非常明显,特别是当水针口径为7mm时,在不改变工艺参数的情况下,能成倍数地改变成型制件内部型腔的穿透长度,有效提高水穿透行为的效率。
4、在得到最优水针结构参数的数值模拟的验证基础上,采用单因素法研究注水偏转角度在短纤维增强聚合物复合材料水辅助注塑成型过程中的穿透行为影响,着重分析和讨论注水偏转角度与三大工艺参数对穿透长度和残余壁厚制件的影响规律。实验结果表明:穿透长度随注水延迟时间的缩短、注水压力的增加和熔体温度的升高而增长,残余壁厚随注水延迟时间的增加、注水压力的减小和熔体温度的降低而变厚。在一定条件下,注水偏转角度的改变能导致穿透长度成倍数增长,并且减小制件的残余壁厚。说明除了工艺参数外,水针口径尺寸和注水偏转角度均能对短纤维增强聚合物水辅助注塑的穿透行为产生显著影响。
本篇论文的主要内容概要如下:
1、论述了水辅助注塑成型技术的起源与发展、现阶段的研究手段和短纤维增强聚合物的研究现状。
2、基于有限元数值模拟技术,较为全面考虑注塑成型过程中存在的多相流、残余应力、热交换、凝固、湍流效应和纤维增强聚合物复合材料的非均匀各向异性热力学属性,建立120°-150°弯曲薄壁管件水辅助注塑流动三维数值模型。
3、围绕水辅助注塑成型过程穿透行为的核心问题,从粘性流体动力学理论出发,基于短玻璃纤维增强聚合物水辅助注塑特点,研究注塑成型过程中穿透长度与残余壁厚的成型规律,着重分析和讨论水针口径、注水延迟时间、注水压力和熔体温度对穿透行为的影响机理。研究结果显示:缩短注水延迟时间、增加注水压力、升高熔体温度都能有效增大制件的中空率,成型出更薄的管件。同时水针口径对水辅助注塑成型的影响非常明显,特别是当水针口径为7mm时,在不改变工艺参数的情况下,能成倍数地改变成型制件内部型腔的穿透长度,有效提高水穿透行为的效率。
4、在得到最优水针结构参数的数值模拟的验证基础上,采用单因素法研究注水偏转角度在短纤维增强聚合物复合材料水辅助注塑成型过程中的穿透行为影响,着重分析和讨论注水偏转角度与三大工艺参数对穿透长度和残余壁厚制件的影响规律。实验结果表明:穿透长度随注水延迟时间的缩短、注水压力的增加和熔体温度的升高而增长,残余壁厚随注水延迟时间的增加、注水压力的减小和熔体温度的降低而变厚。在一定条件下,注水偏转角度的改变能导致穿透长度成倍数增长,并且减小制件的残余壁厚。说明除了工艺参数外,水针口径尺寸和注水偏转角度均能对短纤维增强聚合物水辅助注塑的穿透行为产生显著影响。