U型件的气体辅助挤出成型工艺的数值模拟与实验研究

应用Polyflow软件将气辅挤出成型引入U型件挤出成型过程中,建立了口模-气体-熔体的三相模型,在传热情况下,对口模温度、气体温度对口模内熔体的流动速度、温度及剪切速率等进行数值计算,用origin软件进行分析,通过传统挤出和气体辅助挤出成型对U型件进行挤出成型实验,选用聚丙烯(PP)材料挤出,均能顺利挤出,在达到挤出平衡后,气辅挤出时比传统挤出时更能使试样离膜下垂现象明显减弱。PP/10%玻璃纤维在传统挤出成型时,有明显的挤出胀大现象,纤维在U型截面的侧壁与底面分布不均匀,在U型件拐角处分层分离现象严重;气辅挤出成型时,可以很好改善挤出胀大和纤维在侧壁与底面分布不均匀的现象,同时在U型件拐角处纤维分层分离的现象也能得到部分缓解。PP/20%玻璃纤维在气辅挤出成型下挤出的U型件时,U型件壁厚变薄严重,试样中纤维分布比较均匀,拐角处无明显的纤维分层分离现象,但是试样表面有明显的纤维组织,且U型件的开口变形严重。结果表明,气辅挤出成型可以部分的减弱试样挤出后的下垂现象,也可以改善口模内熔体的温度场;传统挤出成型时候,口模内的U型件内外壁温度随着口模的变化而变化,气辅挤出成型时熔体高温区域集中在U型槽截面的中心线位置附近;气辅挤出成型与传统挤出时的剪切速率场分布发生了较大变化,气辅挤出成型时的剪切速率最大值比传统挤出时小很多。

方管短玻纤增强聚合物水辅注射成型穿透模拟及实验

制件的穿透过程一直是水辅助注塑成型(WAIM)研究的热点。基于描述聚合物复合材料的黏弹性方程White-Metzner及流体动力学三大控制方程,采用有限体积法(FVM)开发的软件对由直线构成的方形截面管材短玻璃纤维增强聚合物水辅注射成型的穿透行为进行了数值模拟分析,并通过实验进行验证。分析中主要考虑工艺参数(熔体温度、注水压力、熔体注射量、纤维含量和注水延迟时间)及不同成型方法对制件性能的影响规律。结果表明,熔体温度和注水压力的增加会使制件的中空率增大,而随着延迟时间和注射量的增大,中空率减小;其他工艺参数不变,玻璃纤维含量越高中空率越小,这些现象进一步印证了前人的实验结果。溢流法成型制件的穿透截面形状趋于圆形,玻纤含量越高,圆率越大;短射法成型制件的穿透截面形状趋于型腔截面,且注射量和玻纤含量越高,穿透截面形状越偏离型腔截面;实验结果与模拟相符。

外部气体辅助注射成型制品加强筋表面凹痕实验分析

通过外部气体辅助注射成型(EGAIM)工艺对不同加强筋所造成的平板表面凹痕深度进行实验研究。单因素实验揭示了模具温度、熔体温度、注气延迟时间、注气压力及注气保压时间对不同加强筋制品表面凹痕具有不同程度的影响;正交实验发现,注气延迟时间与注气压力是影响制品表面凹痕的主要因素;在工艺参数最佳化的EGAIM中,与制品厚度比高达1.5的加强筋造成的凹痕深度(1.3μm)小于传统注塑成型中比值为0.6所造成的凹痕深度(2.3μm),表明EGAIM优化工艺能有效改善较大厚度加强筋所造成的表面凹痕、提高制品设计自由度。

水辅助注射成型制品质量的缺陷及工艺优化研究概述

针对水辅助注射制品的质量,从宏观现象(如高压水的第一次穿透过程不稳定性、模具型腔变截面处的熔体堆积现象、制品成型过程中的指状效应)和微观现象(沿制品厚度方向的纤维取向及分布、不同区域的晶体类型及结构)以及其相对应的相关工艺优化进行了综述。

短玻纤增强聚丙烯水辅助注射成型纤维取向数值模拟

基于Folgar-Tucker纤维取向模型,利用Moldex3D对三维长直管件进行溢流法水辅助注射成型可视化研究。结果表明,在制品初始段位置的水道层区域纤维取向倾向于无序状态,而在制品的中间段及末尾段位置的纤维倾向于沿流动方向形成取向;通过适当的增加注水延迟时间可以有效地改善制品初始段位置的纤维沿流动方向的取向。另外,还发现沿流动方向的纤维取向最有序的位置是靠近壳层位置的芯层区域;在制品的末端位置,注水压力、熔体温度显著影响纤维沿流动方向的取向。

铁掺杂TiO_2纳米粉体的制备、表征及光催化性能研究

采用水热法制备了铁掺杂的TiO_2纳米粉体,通过X射线衍射(XRD)和傅立叶交换红外光谱(FT-IR)对样品进行表征。以甲基红模拟废水的降解率考察自制的铁掺杂TiO_2纳米粉体的光催化活性。XRD结果说明,产物为锐钛型TiO_2,在其三种晶型中光催化性能最好;FT-IR结果表明:所制的TiO_2结构中存在大量的—OH,预计它有较高的光催化活性;光催化性能实验结果显示:铁掺杂显著提高纳米TiO_2光催化活性,当Fe的掺杂量为摩尔分数1.4%时,其光催化活性最好,与纯TiO_2相比,光照2 h后甲基红的光催化降解率提高了33.66%;在最佳条件下(甲基红初始浓度为2 mg/L、p H值为6、掺Fe^(3+)量为摩尔分数1.4%、催化剂用量为0.8 g/L,可见光源为95 W白炽灯、光照为2 h),它对甲基红的降解率达到76.38%。

掺Fe^(3+) A-TiO_2水热法制备及其紫外光下催化降解水杨酸

探索了自制光催化剂掺Fe^(3+)A-TiO_2对水杨酸溶液在一定条件下的降解效果,并寻找最佳优化条件。结果表明:水杨酸起始溶液浓度为50 mg/L,溶液pH为6时(水杨酸自身pH),加入自制的0.21 g/L掺Fe^(3+)(摩尔比)为1.6%的A-TiO_2,室温下(T=18℃)在波长λ=254 nm的紫外光照射下,磁力快速搅拌反应2 h,水杨酸的最大降解率达到35.18%。同上条件下撤去光源进行吸附量测试,发现反应1 h达到吸附平衡。

Nd掺杂ZnO纳米棒的制备及其光催化性能的研究

用水热法制备了掺杂Nd的Zn O(Nd-Zn O)纳米棒,经XRD、SEM表征,样品具有六方纤锌矿的晶体特征,纳米棒长径约200~300nm,短径约20~60nm。探讨了制备Nd-Zn O的煅烧时间和温度;Zn O晶体中Nd的掺杂量;以及溶液的p H值对光催化反应的影响,实验数据显示,前驱体经700oC煅烧5h得到的掺Nd量为0.013%(质量分数)催化剂(Nd-Zn O)光催化活性最佳,在室温下,催化剂用量为5g、反应液为200m L初始浓度为0.02g·L^(-1)的罗丹明B溶液、p H=9、紫外光照下反应2h,罗丹明B的降解率达84.46%。

锐钛矿型TiO_2薄膜的水热法制备及其表征

通过探索最佳条件[硫酸氧钛(TiOSO_4)浓度、添加剂加入量、反应的温度与时间],于玻璃基板上采用水热法制备了TiO_2薄膜,并对产物晶体进行了X射线衍射和扫描电镜表征。结果表明:所制TiO_2薄膜的最佳条件是:0.15mol/L TiOSO_4、Ti^(4+)/添加剂摩尔比4/1、170℃、4h;所制备的TiO_2薄膜晶体为锐钛矿型即A-TiO_2,晶体为八面体,其长度约1μm,晶体的三角面边长在100~200nm之间,薄膜约2μm厚。

掺Fe^(3+)的TiO_2制备及其可见光催化降解亚甲基蓝

采用水热法制备了TiO_2晶体粉末,用XRD对其结构进行表征,并研究了可见光照射下其催化降解亚甲基蓝的效果,分析了亚甲基蓝初始质量浓度、TiO_2用量、掺Fe^(3+)量、光照时间和溶液初始pH值等因素的影响.结果表明:所制备TiO_2晶体为锐钛型,在1.5mg/L的亚甲基蓝溶液中(pH=8),加入掺Fe^(3+)量0.8%(摩尔分数)制备的TiO_2粉末使其用量为0.6g/L,室温下可见光照(40W白炽灯)反应6.5h,亚甲基蓝的降解率达96.12%.降解过程可用L-H动力学方程描述,表现为拟一级反应,速率常数为0.373 3/h.

熔体注射次序对水辅共注成型工艺的影响

基于有限体积法和流体体积法,在Open FOAM开源平台上编制了互不相溶粘弹多相流的新求解器,将之用于溢流法水辅共注填充过程的数值模拟中。针对皮层、内层熔体注射次序这一重要的工艺条件,进行了系统的数值分析,得出了结论:由于皮层、内层熔体零剪切粘度中弹性分量的不同,两熔体层的注射次序对水辅共注成型制件产生巨大影响,不恰当的两熔体层注射次序会导致制件被穿透而导致成型失败。最后进行了水辅共注成型的实验进行验证,得到的结论与数值模拟所得的结论保持了一致。

三种主要光学级树脂材料注射成型制品性能差异化的模拟分析

针对现有的三种光学级注塑树脂材料,运用Moldex3D软件对菲涅尔透镜的注射成型过程进行模拟分析,研究此三种材料在形貌尺寸及光学性能方面的差异化。结果表明:在制品形貌尺寸方面,PC的翘曲和收缩率均为最大,PS的翘曲最低,PMMA的收缩率最低;除了X方向,其他方向三种材料制品由内而外的翘曲呈上升态势;在制品的光学性能方面,PMMA的光程差和双折射接近于0,PC和PS的光程差偏离0,PMMA的折射率最小,PS的折射率最大;在靠近制品的中心处和边缘处,PS的光程差和双折射较PC小,而在其他地方时则反之。

注气工艺对外部气体辅助注塑成型制品翘曲与凹痕的影响

注塑制品翘曲变形与凹痕是2种严重缺陷,文中基于带加强筋平板制品实验研究了外部气体辅助注塑成型(EGAIM)中注气工艺参数对制品翘曲与凹痕的影响规律及原因。通过采用单因素方差分析阐明了气体注射延迟时间、气体保压压力及气体保压时间对制品的翘曲与凹痕都有显著影响,其中气体注射延迟时间的影响最显著。制品翘曲与凹痕随注气工艺参数变化呈现不同特征:随着注射延迟时间的延长,制品翘曲与凹痕呈相反的变化趋势,制品翘曲变形减小而凹痕深度增加;提高气体保压压力,制品凹痕深度单调减小而翘曲呈“U”形曲线变化;增长保压时间,制品翘曲与凹痕都有减小的趋势。这些影响规律的总结为减小EGAIM制品的翘曲与凹痕提供了依据。

水辅注塑成型注射方法对方管纤维取向和收缩性的影响

基于聚合物复合材料黏弹性本构方程(White-Metzner方程)和流体动力学三大控制方程,采用改进的iARD-RPR纤维取向模型,以直线构成的方形截面管材为研究对象,运用有限体积法开发的软件,模拟分析了溢流法和短射法对制品纤维取向和收缩率的影响,且有相应实验验证。结果显示,2种注射方法的制件在竖切面(对边中心点连线处切面)上沿流动方向的纤维取向度从表层到水道层逐渐减小,且短射法制件竖切面后段纤维取向的有序区域比前段大;在对角切面(方形截面对角线切面)上,纤维取向度比对应的制件竖切面高;溢流法制件由于穿透截面形状趋于圆形,且壁厚相对较厚,4个直角处及整体收缩率较高,而短射法穿透截面形状趋于截面形状,制件冷却均匀,所以4个直角和整体的收缩率很低,随着注射量增加,收缩率增大。

气辅微管挤出成型的数值模拟

以微管为研究对象,采用Bird-Carreau黏度模型,运用有限元分析软件Polyflow,对传统微管挤出和气辅微管挤出成型过程进行了三维等温数值模拟,研究分析了传统微管挤出和气辅微管挤出时的挤出胀大率、速度场、压力场以及剪切速率场。对模拟结果进行了分析和对比,研究结果表明,气辅微管挤出时,挤出胀大基本被消除;口模出口处熔体的速度场均匀一致,剪切速率基本为零;熔体压力比传统微管挤出降低一半。

外部气体辅助注塑成型制品翘曲变形耦合有限元分析

将外部气体辅助注塑成型(EGAIM)的制件作为研究对象,基于耦合有限元分析方法(CFEA),模拟仿真了EGAIM制品翘曲变形。研究发现,EGAIM只采用较低的气压(4.5 MPa),就能够达到CIM相对高压(40 MPa)的保压效果,因此,实验结果与文献结论一致。单因素试验结果表明,注气工艺参数对EGAIM制品翘曲变形的影响规律,在研究的工艺参数范围内,随着气体保压压力增加,制件的翘曲变形量呈先减小,后增大的"U"形曲线变化;随着气体保压时间的增长,制件的翘曲变形量呈减小,并逐渐变化平稳的趋势;随着气体注射延迟时间的增长,制件翘曲变形量逐渐减小,但是影响相对较小。

黏度对Y形包覆共挤成型影响的数值模拟

采用Phan-Thien-Tanner(PTT)本构方程,建立Y型包覆共挤模型,通过有限元数值算法系统模拟黏度对包覆共挤成型离模膨胀的影响规律。结果表明:随着熔体处黏度的变化,熔体胀大率及包覆共挤变形均有较大的变化,当内层处熔体黏度增大,而外层处黏度减小时,包覆共挤出挤出胀大率减小。

U型件开口臂尺寸和熔体入口流率对其拐角处挤出成型的影响

应用Polyflow软件构建模型;截取口模内30 mm、口模外50 mm的熔体,模拟不同入口流率和不同开口臂长对U型挤出制件拐角处剪切速率和X,Y,Z向流动速度的影响,应用Origin后处理软件对相关数据进行分析。研究表明,U型制件挤出时,U型件拐角处靠近口模壁的剪切速率远大于中心位置的剪切速率,入口流率越大或臂长越短,其对应的剪切速率越大,在口模内同一流线上的剪切速率基本是定值,但在口模出口接近5 mm处会迅速降低;U型件靠近口模壁处的X,Y,Z向流动速度和靠近中心线位置的X,Y向速度,在口模内起始25 mm的距离内为0,但在口模出口接近5 mm左右,速度会剧变,入口流率越大和开口臂长越短,变化越剧烈,其中靠近口模壁的最后5 mm的X向流动速度指向负方向,Y向流动速度指向正方向;而靠近截面中心线处最后5 mm的速度方向先正后负,入口流率越大或臂长越短,Y向流动速度在出口处的变化越剧烈;靠近U型截面中心线的熔体的Z向流动速度在口模内起始25 mm段距离内较均匀,在最后5 mm开始慢慢降低。

不同水针口径下的水辅助注射成型数值模拟

使用流体力学软件,对使用溢流法的三维120°~150°弯曲圆管件进行了水辅助注射成型可视化研究。分别改变水针口径尺寸、注水延迟时间、注水压力与熔体温度,分析其对制件内部水穿透行为的影响。结果表明,水针口直径为7 mm时,能显著增加制件的内部穿透长度并得到残余壁厚更薄的制件;受水针结构影响,注水延迟时间为1 s、注水压力为8 MPa、熔体温度为250℃时,水穿透长度最优能增长400%,壁厚减少20%;在注水延迟时间为1 s、注水压力为10 MPa、熔体温度为230℃时,穿透长度最大达到298 mm;注水延迟时间为1 s、注水压力为8 MPa、熔体温度为250℃时,比熔体温度为210℃和230℃的实验组受水针影响严重;缩短注水延迟时间、增加注水压力、升高熔体温度都能有效增大制件的中空率,成型出更薄的管件,但是水针对水辅助注射成型的影响不容忽视,其微小变化能极大地改变成型制件的内部型腔,有效提高水穿透行为的效率。

高活性Pd/MgO催化剂的制备及其CO氧化偶联制草酸二甲酯催化反应

利用溶液法结合高温煅烧处理合成MgO载体,通过浸渍法制备Pd/MgO催化剂并对其进行CO氧化偶联制草酸二甲酯催化性能研究。通过X射线粉末衍射、CO2程序升温脱附、比表面仪、热重分析、扫描电镜、透射电镜和微型催化评价装置对合成的样品进行结构和性能表征。结果表明,合成的MgO载体是一种Lewis碱性很强的纳米片结构,Pd纳米颗粒高度分散在MgO载体上,粒径小且分布均一。此MgO纳米片作为载体制备的Pd/MgO催化剂在较低的Pd负载量(0.5%)下表现出优异的CO氧化偶联催化性能,在反应温度130℃时CO单程转化率高达65%,草酸二甲酯选择性96%,稳定性超过100 h,明显越于工业催化剂(Pd/α-Al2O3),具有潜在的工业应用前景。