基于LOM原型的硅橡胶模具硫化成型过程数值模拟及实验验证

摘要

开展力学性能-化学结构-加工技术的集成研究,分析在具体的加工工艺条件下硅橡胶模具的化学结构、力学性能的演变过程,从而按照预定分子结构的设计要求,合成和加工具有预定性能、适于特定用途的硅橡胶材料和模具,对于材料的开发、加工工艺的优化、模具的应用等方面都具有重要意义.为了实现上述目的,该文提出并采用了下述技术方法:(1)以化学反应的动力学理论为基础,推导硅氢加成反应的动力学参数和加工工艺参数的关系,采用加权余量法,建立伴随硫化反应热的温度场基本控制方程,进而以有限元理论为基础,构建求解硫化成型区域内每一节点在每一时间步长内的硫化反应速率、硫化率、宫能团浓度、温度、反应热强度等参数的数值计算式;(2)提出统计交联理论在动力学控制的交联反应体系中的应用方法,进而以统计交联理论为基础,推导交联结构参数和动力学参数的关系,再构建求解凝胶点以及硫化成型区域内每一节点在每一时间步长内的分子量、溶胶分数、交联度、溶胶交联度、凝胶交联度等参数的数值计算式;(3)提出平衡态的统计热力学理论在高分子材料的化学结构与力学性能之间关系研究的应用方法,进而以高弹性的热力学理论为基础,推导力学参数与热力学参数的关系,以交联结构高弹性的统计学理论为基础,推导储能函数与交联结构参数的关系,再以材料应力应变理论为基础,构建求解硫化成型区域内每一节点在每一时间步长内的剪切模量、杨氏模量等力学性能参数的数值计算式;(4)以LOM原型作为硫化母模.进行加成型硅橡胶模具热硫化成型的工艺实验验证;(5)采用重量分析法,进行硅橡胶材料在硫化成型过程中交联结构变化的化学分析实验验证:(6)采用差示扫描量热分析法,进行硅氢加成反应热效应的DSC仪器分析实验验证.采用上述技术方法,该文开展了基于LOM原型的硅橡胶模具硫化成型过程数值模拟及实验验证的研究.以该文建立的硅橡胶模具硫化成型过程数值模拟理论为基础,根据硅橡胶材料的初始化学结构.可以优选硫化工艺、控制交联结构、预测模具的力学性能;根据模具的预定性能,也可以优化硅橡胶材料的初始化学结构和硫化工艺.