外部气体辅助注塑成型中结晶凝固层变形的研究

摘要

外部气体辅助注塑成型（简称EGAIM）是一种新型注塑成型工艺，与传统注塑成型相比，其不仅能够消除制品表面缩痕、减小翘曲变形，提高产品质量，而且能够降低成型过程中保压压力而降低生产成本。目前非结晶聚合物已经在EGAIM得到广泛应用，而结晶型聚合物在外辅成型中的应用较少。本文以半结晶聚合物等规聚丙烯(ipp)为材料，通过研究不同结晶度及温度时聚丙烯的力学性能，分析在EGAIM中结晶度及温度对凝固层变形的影响，同时讨论不同保压压力时凝固层的变形量和应变规律，为实际生产提供理论指导。本文的主要工作如下:
　　(1)设计试样制备实验，研究结晶聚合物可变形性及变形能力。从注塑制品上裁出所需尺寸和形状的试样，放入设计标准模具型腔内二次熔融，经热压后冷却到不同温度进行保温，从而获得不同结晶度的DMA实验和拉伸实验样品。采用DMA研究聚合物力学状态，分析结晶度对聚合物玻璃态、高弹态和粘流态的影响;通过高温拉伸实验机分析不同结晶度及温度条件下聚合物的变形能力。
　　(2)外部气体辅助注塑成型过程结晶型凝固层变形的研究。初步建立外辅成型中凝固层变形模型，研究凝固层变形的条件及其变形特性。根据温度和结晶度与聚合物力学性能的关系，选取聚合物高弹态阶段不同温度和结晶度时力学性能参数作为研究凝固层变形的基础。采用Abaqus模拟不同保压时间及保压压力时凝固层变形量及其应变规律。
　　(3)确定外部气体辅助注塑成型过程气体延迟时间。利用Moldflow模拟充填阶段温度场，将其结果做为保压冷却阶段的初始温度场。建立保压冷却阶段传热模型，利用Abaqus模拟不同时刻保压冷却阶段温度场，根据温度场判定凝固层的厚度，从而确定气体延迟时间。
　　本文研究了聚丙烯不同温度和结晶度下的力学状态和力学性能，并利用Abaqus模拟EGAIM不同保压时间和保压压力下结晶型凝固层变形量及应变规律。同时根据聚合物温度变化确定合理的注气时间，为实际生产工艺中获得高质量的产品提供理论指导。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景及意义

1．2 外部气体辅助注塑成型的研究现状

1．2．1 外部气体辅助注塑成型工艺

1．2．2 外辅保压阶段凝固层形成及变形过程

1．2．3 外辅保压阶段凝固层变形条件

1．3 注塑成型中聚合物结晶的研究现状

1．3．1 聚合物结晶理论

1．3．2 聚合物的结晶形态

1．4 结晶聚合物结构变化的研究现状

1．5 结晶聚合物力学性能的研究现状

1．6 本文选题意义与主要研究内容

1．6．1 选题意义

1．6．2 主要研究内容

2．1 引言

2．2 结晶型聚合物的应力-应变曲线

2．3 聚合物传热理论及模型

2．4 凝固层变形模型

2．5 聚合物状态方程

2．6 实验材料及仪器

2．6．1 实验材料

2．6．2 实验仪器

2．7 实验样品的制备

2．7．1 实验样品的制备方法

2．7．2 实验条件及样品尺寸

2．7．3 实验样品分析

2．8 本章小结

3．1 引言

3．2 退火温度对聚合物结晶度和晶体形态的影响

3．3 聚合物的力学状态

3．4 结晶度对聚合物应力应变的影响

3．5 温度对聚合物应力应变的影响

3．6 本章小结

4．1 引言

4．2 外部气体辅助成型凝固层温度场模拟

4．3 结晶型凝固层变形模拟

4．3．1 模拟参数选取

4．3．2 凝固层变形结果与讨论

4．4 本章小结

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果