导热复合材料加工工艺的现状及进展

近年来,随着电气设备以及微电子行业的快速发展,产品逐渐趋向于精密化、小型化,对高性能聚合物导热材料及其制品的精度需求和需求量越来越高。传统工艺较难使制品在满足导热能力的前提下,具备较好的物理性能。因此,如何在较少填料的情况下最大限度地改善材料的综合性能成为目前研究的热点,在该过程中,挤出机螺杆起到了关键作用。文章主要从复合材料加工工艺方面对提高材料的热导率进行了综述,包括熔融共混法、机械力诱导法等,这些方法解决了高聚物热导率低的问题,并提出了研究中存在的问题及改进方向,这对指导制备高导热性能的复合材料具有较高的参考价值。最后,对填充型导热复合材料的发展前景进行了展望。

橡胶挤出加工过程中热管理问题研究进展

分析了橡胶挤出过程中热问题产生的原因及不利影响,从螺杆结构优化、外部冷却和内部传热强化及场协同原理在强化传热领域的应用等方面综述了近年来国内外橡胶挤出加工过程中热管理的研究现状,对橡胶挤出加工过程中热管理的发展方向进行了展望。

场协同扭转螺杆热输运性能的研究

应用Polyflow软件,采用数值模拟的方法对创新提出的场协同扭转螺杆在不同转速下的热输运特性进行了仿真分析,结合温度分布、对流换热系数、黏度、压力等参数对其热输运性能进行了系统研究,并与常规螺杆进行对比。结果表明,设置有扭转结构的场协同扭转螺杆温度均匀性得到改善,对流换热系数提高,强化了整个体系的传热效果,其中扭转元件串联排布的螺杆换热性能更优。并以三元乙丙橡胶(EPDM)为原料,采用扭转挤出技术结合机头径向温差、换热系数等参数对常规螺杆与场协同扭转螺杆的传热性能进行了实验研究。所得结果与仿真一致,证明了场协同扭转螺杆具有强化传热、改善塑化均匀性的特性。

高分子复合材料在储能领域的研究进展

高分子复合材料是储能材料及其制品的重要组成部分,在储热、储电和储氢领域具有广泛应用。本文通过梳理总结近年来国内外关于高分子复合材料在储能领域的研究成果,对高分子储能材料的制备工艺、性质、适用范围等进行了详细介绍。针对高分子储能材料在工业方面的实际应用,重点介绍了熔融型制备工艺和溶剂型制备工艺,指出当前制备储能材料技术的不足并对未来大规模制备应用高分子储能材料进行了展望。可靠的复合制备技术、高效的生产效率、优异的材料性能是未来的主要研究方向。本文对高分子复合材料在储能领域的进一步研究和开发具有一定的参考价值。

场协同拉伸螺杆强化混合与传热机理的研究

基于聚合物场协同塑化输运混炼原理,设计开发强化混合与换热的场协同拉伸螺杆新结构——场协同拉伸元件,利用ANSYS Polyflow对普通双头螺纹螺杆和不同拉伸元件排布的场协同拉伸螺杆进行了数值模拟,对比分析了不同螺杆构型对聚合物胶料的混合性能、传热性能以及塑化均匀性的影响。结果表明,场协同拉伸螺杆综合性能均优于普通螺纹螺杆,其中,场协同拉伸元件集中排布的螺杆B传热性能最优,场协同拉伸元件分散排布的螺杆F混合性能最优;场协同拉伸螺杆中拉伸元件的径向收敛流道改变了速度场的方向,使速度矢量产生了径向分量,促进了速度场与温度梯度场、速度梯度场的协同相互作用,增加流场中的拉伸流动和拉伸形变,强化了热质传递输运过程。

场协同扭转螺杆对胶料挤出性能的影响规律

利用ANSYS Polyflow软件对普通螺纹螺杆和具有不同分割棱倾角的场协同扭转螺杆进行了非等温瞬态流动模拟,分析了不同螺杆构型对胶料混合、传热和塑化均匀性等挤出性能的影响规律。结果表明,场协同扭转螺杆综合性能普遍优于普通螺纹螺杆,其中以分割棱倾角为45°的螺杆为最优;场协同扭转螺杆引起的螺旋流动改善了胶料速度场、速度梯度场与温度梯度场之间的协同作用,加强了混合与换热,提高了胶料的塑化质量。

基于正交试验的高铁内风挡注射成型工艺参数优化

以高铁内风挡为研究对象,利用Moldflow软件对产品的注射成型过程进行有限元模拟。将内风挡的体积收缩率和缩痕指数作为研究目标,采用正交试验法进行数据处理,得到注射工艺参数对内风挡体积收缩率和缩痕指数的影响程度,按照由大到小的顺序排列为模具温度>熔体温度>注射时间>保压时间>保压压力,并且,由响应回归方程得到最佳注射工艺参数。优化结果表明,在模具温度185℃、熔体温度65℃、注射时间115.5 s、保压时间8.49 s、保压压力70 MPa时,体积收缩率和缩痕指数达到最小,分别为7.878%和9.015%,与优化前相比,分别降低了12.5%、10.8%,优化后的工艺参数能够显著降低制品的体积收缩率和缩痕指数,提高内风挡的成型质量。

高速列车内风挡注射成型过程的模拟及优化

利用Moldflow软件对高速列车内风挡的注射成型过程进行了有限元模拟,分别对浇口数量为12、14、16、18的4种注射成型方案进行了仿真分析,并且通过对比研究确定了高速列车内风挡注射成型的最佳浇口数目。结果表明,太多或者太少的注射浇口数目均会由于过热使胶料在充填过程中提前硫化,发生阻塞,不利于内风挡的成型;16个浇口的注射成型方案为最优方案,成型制品质量较高,填充和保压阶段切换压力为1.839 MPa,与方案B相比提高了99.7%,能够保障胶料充满整个模腔,模腔的填充时间较短,其值为103.7 s,锁模力较小,其值为3.1311×10^(7)N,并且制品的气穴和熔接线较少,分别是181个、21条。

船舶减阻技术方法综述

快速性是船舶航行的重要性能之一,新型减阻技术不断被提出推动了船舶快速性的发展。从船舶阻力原理出发,对国内外船舶减阻技术展开分析,指出当前主流研究方向为空气减阻、仿生超疏水减阻、附体减阻以及断级减阻技术;针对这4种减阻技术探究影响减阻效果的主要因素,总结当前减阻技术中存在的问题;并介绍船体加热-超声协同减阻和网状射流等新型减阻技术,对未来减阻技术的发展进行展望,为船舶减阻技术的进一步研究提供借鉴。

基于Fluent外混式气动雾化喷嘴改进与仿真研究

为了有效降低喷嘴气体能量的损耗,需要对气动雾化装置整体结构进行雾化速度和压力流场的仿真分析,通过改进局部设计来减少非必要的能量损失,以此来提高气体能量利用率,提升喷嘴雾化性能。为此,对外混式气动雾化装置的内外流场进行了数值研究。首先,对该气动雾化装置内部气相通道进行了数值模拟,找到了原设计中最大能量损失的原因;然后,根据流场的压力和速度分布规律,对壶体与喷嘴连接处的气相通道进行了局部结构改进,分析了装置改进前后内外流场的压力与速度变化情况;最后,通过模拟喷雾过程,对比了不同气压下原喷嘴和改进后的喷嘴内外流场的雾化特性,对喷嘴局部结构改进的合理性与改进后气动雾化装置性能的优越性进行了验证。研究结果表明:通过掏空雾化喷嘴主体和改变雾化喷嘴进气口形状的方式,可以有效改善气相通道的节流情况,减少气体能量的损失,缩短改进后的喷嘴气相通道内部高速气体路径,并且增加喷嘴气相出口附近的流场速度,最大增幅为11.49%;改进后的喷嘴雾化性能得到了提升,当气压在0.3 MPa附近时,其雾化效果最佳。

基于不同算法优化的back propagation神经网络在三元乙丙橡胶混炼胶门尼黏度预测中的应用

分别采用遗传算法(GA)和粒子群算法(PSO)优化的back propagation(BP)神经网络建立了三元乙丙橡胶(EPDM)混炼胶门尼黏度的预测模型,并对预测结果的误差进行了对比分析。结果表明,两种算法优化后的BP神经网络模型的预测值与实测值均保持较高的拟合度和相关性;相比单一的BP神经网络,GA优化后BP神经网络模型的精度提高了58.9%,PSO优化后BP神经网络模型的精度提高了3.57%,说明两种算法优化后的预测模型,特别是GA优化的BP神经网络预测模型对EPDM混炼胶门尼黏度的预测精度改善明显。

基于响应曲面法的热塑性聚氨酯限位弹簧挤出流道数值模拟与优化

以热塑性聚氨酯(TPU)限位弹簧挤出机机头为研究对象,通过流变性能测试获得原材料TPU本构方程的相关材料参数;基于软件Polyflow对TPU在挤出流道中的流动过程进行了数值模拟,同时通过响应曲面法建立了成型段横截面出口处速率标准偏差(Sd)的二阶回归模型,探究了挤出流道结构对TPU熔体流动均匀性的影响规律。结果表明,优化后挤出流道的结构参数为:成型段长165 mm,扩张角25°,分流梭数目6个,优化后挤出流道成型段横截面出口处Sd的预测值为0.531 m/s,其与Sd的实际值(0.532 m/s)仅相差0.188%,模型准确度较高,可用于挤出流道结构参数的预测和优化。

环形高铁橡胶内风挡注射成型冷流道的设计优化

设计了两种结构的环形高铁橡胶内风挡的注射成型冷流道模型,通过Polyflow软件对流道进行流场分析,根据流体压力、剪切速率及出口流速比较模型;在此基础上对流道进行优化分析,研究了模型二流速不均的成因,以及径向偏移、弯曲半径对分流道流速的影响。结果表明,径向偏移量为7 mm、弯曲半径为10 mm时,分流道速度差最小。通过最优径向偏移、弯曲半径对模型二进行优化,得到合理的流道结构。

高效高强挤出增材制造技术研究进展

增材制造技术在按需制造、个性定制、异形构件等领域具有明显优势,是先进制造技术的重要研究方向。与传统制造方法(如减材制造、注塑成型)相比,增材制造制品的力学性能通常较差且生产效率较低,限制了其更广泛地应用于适应复杂工况的承载部件。作为制造技术关键评价的速度、质量指标,始终引领着宏微观尺度挤出增材制造技术发展方向。由于逐层逐步增材制造的固有模式,强度差和效率低成为困扰其工程应用的两大挑战。文中从挤出打印层间结合机理、层间断裂机制两方面讨论了研究学者在改善3D打印强度方面的努力,以及在提高打印效率方面的最新进展;最后综述了创新发展的几种注射打印前沿技术,讨论了其技术原理、创新特点和优劣势,将注射成型工艺引入增材制造技术中,有望成为解决两大难题的有效技术途径,为未来挤出增材制造的研究及推动形成新的技术方案提供参考。

高速高强熔融沉积成型技术研究进展

熔融沉积成型(FDM)技术以其低成本、易操作、快速原型制造和广泛适用性成为3D打印领域的主流技术。尽管FDM技术在3D打印领域具有重要地位,但其存在的一些局限性,如打印件的强度不足、成型速度缓慢等问题,仍然是制约该技术进一步发展的重要挑战。针对这些限制,本文从优化层间结合、材料性能强化两方面探讨了国内外学者在改善打印强度方面作出的努力,并从设备模块优化和优化打印策略(如注射打印)2个角度讨论了目前提高FDM设备打印速度的限制及改善措施;最后论述了对提升打印强度和速度的建议和意见。

新型扭转元件塑化过程数值模拟

提出一种螺杆计量段的新型扭转元件,并应用计算流体力学软件Polyflow分别对设置扭转元件和螺纹元件的螺杆计量段进行三维非等温数值模拟,利用流道内熔体的温度场、温度梯度场、速度场等及各物理场之间的关系分析了不同元件对塑化过程温度均匀性和传热特性的影响。结果表明:相对于螺纹元件,设置扭转元件的螺杆塑化过程努塞尔数更大,扭转元件处径向温度波动更小,具有强化传热和改善径向温差的作用,使径向截面温度更均匀,塑化质量更好。

注塑机合模技术探讨与发展

简述了合模机构的分类以及各类合模机构的优缺点和应用场合。综述了2种典型的合模机构:肘杆式合模机构和二板式合模机构。在传统肘杆式合模机构的基础上,保留肘杆式合模结构的主要优点,同时通过改变肘杆与动模板的链接方式,改变动模板与肘杆之间力的传递方式,提出了采用新型动模板自适应合模机构的新一代精密注塑装备Generation 2.0(简称G2.0)。指出了肘杆式合模机构在实际使用中存在肘杆磨损、模具损坏、调模困难3类突出问题的产生机理。阐述了动模板自适应合模机构针对以上3个问题的解决方案,分析了采用新型动模板自适应合模机构的新一代精密注塑装备优势及应用前景。

不同螺杆构型的聚合物塑化过程混合特性分析

螺杆混合性能是影响聚合物塑化质量和均匀性的重要因素之一。采用扭转元件、销钉元件、Maddock元件及常规螺纹元件,应用计算流体力学软件Polyflow对5种螺杆构型的混合特性进行了数值仿真分析,结合停留时间分布、剪切速率分布、拉伸速率分布、混合指数和非弹性应力张量的第一特征值等参数比较全面地对其混合能力进行了比较。结果表明,5种螺杆构型流道内物料均以剪切流动为主,Maddock元件的剪切作用最明显,具有分流功能的结构可以在一定程度上强化对物料的拉伸作用;2种扭转元件对于物料的混合效果相对较好,其次是销钉元件和Maddock元件,最差的是常规螺纹元件。

聚合物PVT特性在线测试技术及在模具设计中的应用

通过自主研发的聚合物压力-比容-温度(PVT)特性在线测试仪获得聚合物真实成型工况下的PVT特性参数,由此得到注射材料收缩率,用于制品模具成型尺寸设计,并计算得到以离线PVT参数为依据进行设计的模具成型尺寸。采用数值模拟方法对上述两种模具尺寸设计结果得到的成型制品精度进行对比分析。结果表明,以在线PVT测试结果为基础设计的模具成型尺寸得到的制品尺寸精度与实际设计要求更加接近。

聚合物螺杆塑化过程传热特性研究进展

综述了国内外学者在聚合物螺杆塑化加工过程中的传热特性及强化传热技术研究进展,并提出采用新兴的传热学理论——场协同理论,重新审视聚合物塑化过程对流传热的物理机制,即对流传热的性能不仅取决于流体速度、物性以及流体与壁面温差,还取决于流体速度场与热流场协同的程度。在相同的速度和温度边界条件下,他们的协同程度越好,换热强度越高,换热过程越优。这对指导螺杆塑化系统强化传热及塑化均匀性优化具有较高的参考价值。