玻纤质量分数对长玻纤增强聚丙烯水驱动弹头辅助注塑管件的影响

分别以玻纤质量分数10%,20%,30%和40%的长玻纤增强聚丙烯(LGFRPP)材料制取一系列水驱动弹头辅助注塑(W-PAIM)管件。探究了玻纤质量分数对玻纤断裂长度、纤维取向、壁厚以及耐压性的影响。结果表明,随着玻纤质量分数的增加,玻纤断裂长度在较长区间内占比降低;不同玻纤质量分数的W-PAIM制件在壁厚层的取向不同,水道层的玻纤沿流动方向取向较模壁层和中间层更好,当玻纤质量分数为10%与40%时,水道层玻纤取向度最好,玻纤质量分数为20%时,中间层取向最差,玻纤质量分数为30%时,模壁层的玻纤取向较好;随着玻纤质量分数的增加,WPAIM管件壁厚呈先增加后减小再增加的趋势;随着玻纤质量分数的增加,管件的耐压性先增加后减小最后又增加,当玻纤质量分数为20%时,耐压性最好。

水驱动弹头辅助注塑弹头的穿透行为

残余壁厚(RWT)是表征水驱动弹头辅助注塑成型(WPAIM)管件质量的一个重要指标,直接受弹头的穿透行为影响。为了研究WPAIM过程中弹头的穿透行为及相应的RWT分布规律,文中基于计算流体动力学(CFD)方法对WPAIM过程进行了数值模拟,模拟结果与实验结果吻合较好。研究结果表明,WPAIM管在直线段的RWT相对均匀,而在曲线段,外凸侧RWT大于内凹侧RWT,两者之间的RWT差值小于水辅助注射成型(WAIM)管。通过对WPAIM中弹头穿透行为与WAIM中水的穿透行为分析发现:穿透前沿附近的压力分布WPAIM较WAIM更均匀,穿透两侧的速度差也更小,弹头能更好地沿型腔中心穿透,提高管件壁厚的均匀性;无论是在直段或是弯曲段,两者的穿透过程都是在不断加速的,WAIM穿透速度更快,而WPAIM的加速过程较稳定。

弹头材料对溢流法水驱动弹头辅助注塑制件的影响

选取Q235钢、聚乳酸(PLA)、尼龙6(PA6)、丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)、聚四氟乙烯(PTFE)和聚丙烯(PP)6种材质制备弹头,基于自行搭建的实验平台来探究弹头材料对水驱动弹头辅助注塑(W–PAIM)管件残余壁厚和内壁质量的影响。研究发现,金属弹头因其较高的热传导,在其表面形成凝固层,穿透过程中在剪切作用下又被剥落,导致管件壁厚和内壁质量前后差异较大;弹头材质和成型材料相同时,因二者相容粘结严重,导致管件壁厚偏薄、波动大,内壁质量差;PLA,PA6,ABS和PTFE 4种弹头成型的W–PAIM管件残余壁厚与弹头材料的维卡软化点温度间存在强相关,弹头材料的维卡软化点温度越低,管件残余壁厚越薄;弹头材料的热变形温度会影响弹头完成穿透后触及模具壁面后的变形程度,对弹头穿透截面的影响不明显。机加工的PA6树脂弹头因其维卡软化点温度较高,使得其成型的管件的质量最佳。

水驱动弹头辅助注塑管件壁厚的工艺影响

对水驱动弹头辅助注塑(W-PAIM)中工艺方法和工艺参数对管件壁厚的影响进行了实验研究。对水驱动弹头辅助注塑短射法(W-PAIM-S)、溢流法(W-PAIM--O)及水辅助注塑短射法(WAIM-S)、溢流法(WAIM-O)4种工艺方法进行比较,发现W-PAIM管件比WAIM(水辅助注塑技术)管件壁厚要薄得多,而W-PAIM-O管件壁厚又比W-PAIM-S管件壁厚要更均匀。采用正交试验法考察了熔体温度、注水压力、射胶压力、保压时间、注水延迟时间、模具温度对WPAIM-O管件壁厚的影响规律与大小,发现注水延迟时间和熔体温度对壁厚影响很大,因素影响比合计超过70%;而射胶压力、注水压力及保压时间的影响较小,因素影响比合计不足17%;管件残余壁厚随注水延迟时间的延长逐渐增大,随着熔体温度的升高先减小后增大。

溢流法水驱动弹头辅助注塑管件残余壁厚的形成与工艺参数影响

溢流法水驱动弹头辅助注塑(W-PAIM-O)工艺可制得残余壁厚(RWT)更薄更均匀的管件。采用模拟手段分析了W-PAIM-O工艺中RWT的形成机理,采用单因素实验法考察了熔体温度、熔体注射压力、注水延迟时间、注水压力和模具温度5个工艺参数对RWT的影响。模拟发现,RWT不仅主要取决于弹头的截面尺寸,还与弹头穿透时对侧面熔体的拖曳作用有关;在考察的几个工艺参数中,熔体温度越高,RWT越小,但熔体温度过高时RWT反而增大;熔体注射压力越大RWT越小,但熔体注射压力过大反而使RWT增大;随着模具温度的升高,RWT变薄,模具温度超过一定值后,RWT趋于稳定;RWT随注水延迟时间的延长而变厚;注水压力对W-PAIM-O管件RWT影响较小。

水驱动弹头辅助共注塑工艺相间穿透机理的数值模拟

溢流法水驱动弹头辅助共注塑(Overflow water-projectile assisted co-injection molding,W-PACIM-O)工艺可制取双层包覆式结构的中空管件。采用数值模拟技术分析了W-PACIM-O工艺注水阶段的界面不稳定性现象、管件壁厚分布以及内层熔体和弹头穿透行为,从而掌握W-PACIM-O的相间穿透机理。模拟结果表明,W-PACIM的湍流强度相对较小,且基本无湍流漩涡,其起始段壁厚界面不稳定性现象不明显;W-PACIM管件的总残余壁厚、外层壁厚和内层壁厚更薄,壁厚波动较小;压力水驱动弹头穿透阶段,W-PACIM工艺穿透前沿速度更高,穿透更稳定。