金属塑料复合轴套的注塑成型及材料结合力的研究

摘要

金属塑料复合材料由于其优异的性能，成为了当今学者研究的热点，而较高的结合力是实现金属塑料复合的首要条件。本文将塑料工作层和金属基体之间的中间结合层作为突破口，采用硅烷偶联剂处理金属基体，使金属塑料之间产生共价键来增强材料结合力，运用遗传算法优化工艺参数;以高聚物流变学理论为基础，借助MoldFlow软件分析模具浇口和熔体填充过程，设计实验用注塑模具，并采用正交实验设计法安排注塑工艺参数，实现金属塑料复合材料轴套的注塑成型;论文通过不同条件下的金属塑料复合材料性能测试，实现了对金属塑料复合材料结合力的探讨。具体研究如下:
　　(1)对金属与塑料复合时的微观行为以及金属与PPS化学反应的特性进行深入的研究，在机械结合和静电吸引的基础上，通过硅烷偶联剂与中间结合层中的苯乙烯马来酸酐共聚物形成“分子桥”，增加结合力。以结合力最大为目标，利用遗传算法对金属基体喷砂时间、塑料中间层配比以及中间层塑化温度三个工艺参数进行优化。
　　(2)以PPS注塑工艺参数为基础，利用Moldflow软件对注塑的过程进行有限元仿真分析。结合高聚物流变学理论，分析混合塑料对轴套注塑工艺的影响，提出了PPS、PI、PTFE、无机填料组成的混合塑料的工艺参数范围，减少了试模次数，缩短了时间，降低了试验成本。
　　(3)通过Moldflow对不同浇口形式下的轴套注塑模具的熔接痕问题和熔体前沿温度进行分析，决定采用盘形浇口，消除制件熔接痕，保证轴套的质量。并且引入高聚物熔体的流变学理论，对浇口处的塑料熔体的剪切速率进行分析结合熔体流动的前沿温度，确定浇口高度为1.5mm。采用标准模架简化模具制造过程，缩短实验周期。
　　(4)采用单一变量原则对基体预热温度、模具温度、注塑压力进行实验方案设计，生产实验用样品，对样品的在不同环境温度下的结合力进行检测，分析不同注塑工艺参数对结合力的影响，并且引入热震试验，测试轴套样品在承受温度骤变后的结合力。
　　通过理论研究和实验分析，论文抓住优化金属塑料复合材料的中间结合层关键点，得到较高的材料复合结合力，并经过划格法测试验证（方格脱落率仅为3.3％)。在此基础上，成功地进行了金属塑料复合轴套的注塑成型，获得具有较强结合力的复合材料轴套。论文经过结合力检测表明:当轴套温度为150℃时，其剪切结合力最大达到27.6Mpa，所对应的注塑工艺参数为:料筒末端温度:305℃，基体预热温度:100℃，注塑压力:100Mpa，保压压力:45Mpa，保压时间:20min。论文还通过热震试验证明:轴套温度的剧烈波动会对其结合力产生较大的影响结论。本论文研究成果为金属塑料复合技术及提高材料结合力提供了理论依据，同时，也为实际应用奠定了基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文的研究意义和目的

1．2 金属塑料复合材料的研究现状

1．3 论文研究的内容、创新点及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 论文创新点

1．3．3 技术路线

第二章 金属塑料复合轴套的成型理论分析

2．1 金属塑料的结合理论

2．2 金属塑料复合轴套注塑的流变学分析

2．2．1 注射喷嘴中的熔体流动分析

2．2．2 注塑制品内应力分析

2．3 遗传算法优化

2．3．1 遗传算法的应用

2．3．2 遗传算法的流程图及步骤

第三章 金属塑料复合材料制备工艺设计及优化

3．1 中间塑料结合层成分、制备工艺的设计

3．1．1 塑料中间结合层的成分的确定及制各工艺的选取

3．1．2 中间结合层成分和涂覆工艺的均匀设计及试样的制备

3．1．3 中间结合层和金属基体结合力的检测

3．2 塑料中间层的成分、制各工艺的优化

3．2．1 塑料中间层的成分配比和制备工艺与对应性能的函数拟合

3．2．2 1stOpt寻求函数最优解优化原则的确定

3．2．3 优化程序

3．3 本章小结

第四章 金属塑料复合轴套注塑模具设计优化及注塑工艺的制定

4．1 注塑模具设计优化

4．1．1 Moldflow注塑模具浇口优化

4．1．2 模具整体结构设计

4．2 注塑加工

4．2．1 钢管前处理

4．2．2 塑料工作层配料

4．2．3 注塑成型

4．3 本章小结

第五章 金属塑料轴套的结合力检测

5．1 塑料工作层的结合力的检测方法

5．2 塑料工作层在不同温度下的结合力检测

5．3 塑料工作层在热震后的结合力变化

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本研究的结论

6．2 进一步研究建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文和专利