聚合物自清洁表面微热压成型的机理研究

摘要

换热设备结垢会导致换热器传热效率降低和能耗增加，为此，换热设备结垢的自清洁技术是实现其节能减排急需解决的关键技术问题。荷叶出污泥而不染的自清洁仿生机理研究表明解决表面结垢问题的的技术关键是通过在高能表面形成纳米微观结构粗糙表面，这可以获得类似的仿生自清洁功能，而实现这一仿生自清洁目标的技术关键是纳米微观结构粗糙自清洁功能表面的加工成型技术。基于这一工程背景，本文研究了纳米微观结构粗糙自清洁功能表面微热压成型技术，通过数值模拟研究了成型工艺参数、基片材料性能参数和纳米微观结构粗糙自清洁功能表面形貌对微热压成型过程的影响规律，揭示了纳米微观结构粗糙自清洁功能表面微热压成型机理，明晰了关键调控参数，为纳米微观结构粗糙自清洁功能表面微热压成型技术向以科学求质量、以技术保成功的全流程综合控制的工业化科学制造转化奠定了科学的理论基础和技术支撑。主要取得如下成果：
　　基于纳米微观结构粗糙自清洁功能表面微热压成型的黏弹性、屈服、软化、硬化四个本质力学变形特性和连续固相相变演化特点，结合大温度变化范围大变形应力应变关系曲线实验结果，筛选出能预测相变演化影响的热机械大变形黏弹性-塑性应力应变本构模型；
　　通过数值模拟，系统研究了工艺参数、基片材料特性和自清洁功能表面形貌对纳米微观结构粗糙自清洁功能表面微热压成型过程的影响规律，研究表明基片弹性模量、热压成型温度和压力是影响制品品质的关键调控参数，热压成型压力和成型变形应力与热压成型温度和模腔流道直径呈负关联关系，提高其热压成型温度至跨越基片材料玻璃化转变温度，使基片材料处于黏弹性高弹态，可使热压成型压力和成型变形应力趋于最小值，有利于成型制品脱模和避免基片热压成型断裂损伤和变形失效；
　　研究发现基片材料改变对热压成型充填过程影响主要体现在反映基片材料抗变形能力的机械性能指标弹性模量，而基片材料固相连续相变演化是造成弹性模量急剧突降的主控因素；
　　圆柱模型和圆锥台模型热压成型过程对比分析研究表明，圆锥台模型微热压成型压力和变形应力明显大于圆柱模型微热压成型压力和变形应力，且随着模型直径增大而下降。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 论文的研究背景

1.2 微热压过程研究现状

1.3 微热压成型应用研究现状

1.4 论文研究内容

1.5 本章小结

第2章 聚合物微热压成型本构模型

2.1 聚合物熔体相态的黏弹性本构模型

2.2 聚合物弹塑性固态和黏弹塑性玻璃态的弹塑性本构模型

2.3 本章小结

第3章 过程参数对微结构自清洁表面微热压成型的影响

3.1 模型条件

3.2 热压成型温度对热压成型压力和变形充填过程的影响

3.3 热压成型温度对成型过程力学响应的影响

3.4 本章小结

第4章 材料性能对热压成型过程的影响

4.1聚碳酸酯（PC）在热压成型过程研究

4.2 环烯烃聚合物（Zeonex-690R）在热压成型过程研究

4.3 聚合物材料特性对热压成型压力和变形充填过程的影响

4.4 本章小结

第5章 模型尺寸与形貌对微热压成型过程的影响

5.1 模型尺寸对微热压成型过程的影响

5.2 模型形貌对热压成型压力和变形充填过程的影响

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 本文展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果