考虑注射成型特性影响的汽车前端模块结构性能仿真

利用Autodesk Helius PFA软件,将注射成型纤维取向张量和残余应力及应变分布等历史映射至前端模块的结构性能评价仿真。结果表明,注射成型纤维取向张量和残余应力及应变分布等成形历史影响前端模块的服役性能评价。与试验测试结果相比,映射和未映射注射成形历史的仿真最大位移均偏小。相比之下,映射注射成型纤维取向张量和残余应力及应变分布等成形历史的最大位移较大,且这种趋势随变形位移的增大而增大。当试验测试位移很小时,两种仿真方法的结果都与试验有较大的误差。当试验测试位移大于0.65 mm时,映射注射成型历史的百分误差Er、极差R和方差s2均较小,有利于指导玻璃纤维增强塑料车身结构的精准设计。

玻纤增强尼龙复合材料车门拉手座热流道模具设计

在车门拉手座塑件模具设计中,为解决高含量玻璃纤维增强尼龙复合材料成型时容易出现浮纤、收缩各向异性带来的翘曲变形大等潜在品质缺陷问题,运用CAE辅助分析对塑件的成型方案进行了优化分析。将浇注系统优化为潜伏式双浇口浇注系统,浇口的进胶直径为1 mm,流道结构由三级冷流道+一级热流道组成。所获得的浇注效果为:引起浮纤发生的内外壁模温差控制在38℃以下(标准值≤50℃);主要外观面盖面的纤维取向张量范围为0.7373~0.9986,能有效保证盖面的结构强度;塑件最大翘曲变形量为1.024 mm,能保证塑件关键尺寸的成型精度满足MT3级A类精度要求;基于玻纤增强的模腔成型收缩率各向差异化设置分别为X向0.3%,Y向0.1%,Z向0.2%。与优化结果对应的注塑工艺参数为:模温89.4℃,料温292.4℃,注射压力92 MPa,冷却水温度25℃,注塑周期38 s。模具结构为一种两板式热流道模具,一模两腔布局,模具中采用脱模方向集成法设计了3种脱模机构,其中的定模推板斜顶机构和油缸推板型斜抽芯机构对同类塑件脱模机构设计有较好的参考作用。

纤维增强注塑熔接线强度预测模型与实验研究

熔接线是影响注塑制品强度的关键因素之一,而目前以汇合角预测熔接线强度的力学模型并没有体现注塑工艺的影响。为了科学定量地认识熔接线区域强度的变化规律,准确预测熔接线力学性能,首先对带扇形孔的制品进行注塑模拟分析,研究了注塑温度、注射速率以及保压压力对熔接线汇合角的影响,结果显示注塑温度、保压压力不是通过改变熔体前沿汇合角来影响熔接线强度。基于此,为全面体现注塑工艺、汇合角对熔接线强度的影响,在现有模型基础上通过引入注塑工艺影响因子重新构造了体现注塑工艺、汇合角对熔接线区域强度影响的预测模型。设计并制造了用于成型扇形孔制品的注射模具,开展了不同工艺条件下30%长玻纤增强聚丙烯扇形孔制品注塑实验,根据实验结果推导出了体现注塑温度和保压压力影响的注塑工艺影响因子数学表达式,利用实验数据拟合确定了模型中的相关参数,并对模型进行了回归分析。结果表明,新构建的强度预测模型可以准确计算不同注塑温度、保压压力下熔接线不同位置的强度。

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。

连续纤维增强热塑性复合材料嵌件注射成型研究进展

连续纤维增强热塑性复合材料的嵌件注射成型工艺通过结合连续和非连续纤维增强热塑性复合材料的优势,提升了产品的力学性能和生产效率,广泛应用于航空航天和新能源汽车领域。介绍了连续纤维增强热塑性复合材料嵌件注射成型工艺特点及应用,综述了材料体系、界面改性、工艺参数对嵌件注射成型制件界面结合性能和力学性能的影响。最后总结了嵌件注射成型复合材料目前研究存在的问题以及提升界面性能的方法,并对未来发展趋势进行了展望。

长纤维增强丙烯腈-苯乙烯复合材料注塑成型与工艺优化

以含量为30%的玻璃纤维(GF)增强聚丙烯腈-苯乙烯(AS)复合材料(GFAS)注塑成型为研究对象,选取塑化温度、注射速度、保压压力及模具温度为因子,以拉伸强度、弯曲强度及缺口冲击强度作为评价指标设计了正交实验。极差分析与方差分析的结果表明,注射速度对拉伸强度的影响最显著,保压压力显著影响材料的弯曲强度和缺口冲击强度。根据正交实验的分析结果进行了保压压力和注射速度的单因素实验,得到最佳的工艺参数组合为塑化温度为250℃、注射速度为50%、保压压力为75MPa与模具温度为65℃,此时,标准样条的拉伸强度为143.4MPa,弯曲强度为199.9MPa,缺口冲击强度为19.2kJ/m^(2),通过优化注塑工艺参数提高了复合材料(GFAS)的综合力学性能。

注射成型制备的碳纤维聚丙烯复合材料蠕变性能

碳纤维热塑性树脂基复合材料在极端环境及长期服役条件下的蠕变行为会使结构件的形状发生改变,影响其性能稳定性,因此对该种材料蠕变性能的研究是材料设计及应用的关键。本文通过对注射成型制备的碳纤维增强聚丙烯复合材料进行单轴拉伸蠕变试验,研究其蠕变行为,并基于以上试验数据得到该种材料的Burgers模型理论方程,采用Moldex3D模流分析软件模拟注射成型哑铃型试样内部碳纤维的取向和分布情况,将该模拟结果映射到ABAQUS中进行有限元分析。结果发现Burgers模型的拟合曲线与试验曲线吻合程度较高,能够用于更长时间以及更广范围应力水平下该种材料的蠕变行为预测;模流分析结果与实际试样横截面观察结果具有较好的一致性;注射成型过程中碳纤维取向及分布会影响最终成型试样的蠕变行为,采用模流分析与有限元分析相结合的方式能够更好地反映材料的蠕变进程。

响应面法在玻纤增强PA66注塑工艺中的应用

采用CAE方法对某公司开发的新型蟹笼挂钩产品进行注塑成型分析,设置了合理的工艺参数及质量目标,然后,采用响应面法对玻纤增强PA66工程塑料产品的注塑成型工艺进行多目标回归分析。结果表明,在注塑成型过程中,产品的翘曲及收缩受到多种因素的影响。其中,熔体温度、保压时间及熔体温度与保压时间的交互项3个因素对产品体积收缩率的影响较显著;而熔体温度、注塑时间、熔体温度的平方及注塑时间的平方4个因素对产品翘曲变形量的影响较显著。当模具温度为115℃、熔体温度为310℃、保压时间为12 s、注塑时间为0.98 s时,产品具有最佳目标值,优化后产品的体积收缩率及翘曲量分别为14.34%、0.1925 mm。

基于联合仿真的短纤维增强聚合物共混挤出-注塑成形全流程模拟

短纤维增强聚合物广泛应用于汽车、电子、机械等领域,共混挤出和注塑成形是其最常见的制备和成形工艺。现有共混挤出与注塑成形的模拟仿真存在材料和工艺信息孤立、产品优化协同困难的问题,难以满足聚合物产品高端化与定制化的发展需求。文中提出了一种短纤维增强聚合物共混挤出-注塑成形过程的联合仿真方法,建立共混挤出过程全区域流场计算模型,基于流场模拟实现纤维断裂和纤维长度分布模拟,在此基础上,建立考虑纤维含量的流变与压力-比容-温度(PVT)模型计算材料等效热力学参数,通过模流-结构性能求解注塑拉伸试样的纤维取向与弹性模量分布,实现共混挤出-注塑成形全流程模拟。纤维质量分数为20%,30%和40%的玻纤增强尼龙6注塑拉伸试样弹性模量实验与模拟结果相对误差分别为9.94%,8.32%和3.72%,验证了联合仿真的准确性。

金属嵌件对复合材料支架性能的影响

与无嵌件注射成型工艺相比,采用注射成型的方法制得的金属嵌件的强度显著提升,但是,存在翘曲、粘接强度较低等质量缺陷。以航空发动机滑油箱支架为例,研究了熔体温度、模具温度、保压压力和嵌件厚度对金属嵌件复合材料支架的翘曲变形的影响,同时分析了不同环境温度和粘接强度对支架应力的影响。结果表明,嵌件厚度是造成制品产生翘曲变形的重要因素之一,结合翘曲和质量指标,当嵌件厚度为3 mm,工艺组合为A_(1)B_(4)C_(4)D_(3)时,熔体温度为370℃、模具温度为205℃、保压压力为70 MPa、嵌件厚度为3 mm,方案最优;与粘接强度对支架应力的影响程度相比,环境温度对应力的影响更大。

碳纤维增强尼龙6反应注射拉挤成型实验平台研制

本研究自行设计研制了碳纤维增强尼龙6复合材料反应注射拉挤成型实验平台。将实验平台分为配胶系统与拉挤系统两个模块,通过对尼龙6阴离子聚合反应条件的分析及料液流量输出的计算,完成配胶系统的配置选型及拉挤单元加热模具的设计,结合碳纤维纱线的储存、预处理系统及牵引系统,完成实验平台的研制,并且通过实验平台的运转,制备出树脂固化完全且分布均匀,纤维体积含量为47.48%的碳纤维增强尼龙6复合材料平板。考虑到后续连续工业化生产需求,保证料液的持续供给,提出了一种连续在线配胶反应注射机的设计思路,为工业化生产的前期筹备工作提供参考。

电热式变模温注塑模具热响应评估实验研究

以电热式变模温注塑模具为例,利用构建的温度数据采集系统对模具型腔表面的热响应规律进行了系统的实验研究。结果表明,加热阶段模腔表面温度随加热时间线性提高,冷却阶段模腔表面的初始冷却速率较快,随后逐渐趋缓;模腔表面在反复循环加热和冷却过程中,其温度首先呈周期性波动上升,随后逐渐达到稳态。建立了稳态时模腔表面波峰温度T max和波谷温度T min与模具加热时间t h和模具冷却时间t c之间的定量关系模型,以对模腔表面温度进行预测,验证试验结果表明模型具有很高的预测精度。最后,以20%玻璃纤维增强聚碳酸酯作为原料,进行了变模温注塑实验,获得了具有镜面高光的面板塑件产品,证实了变模温注塑工艺能显著提高纤维增强塑件表观质量的有效性。

考虑壁面滑移和黏度的压力依赖性的纤维增强聚合物薄壁注塑件翘曲三维模拟

基于三维模型,且同时考虑壁面滑移和黏度的压力依赖性,建立了纤维增强聚合物薄壁注塑件翘曲模拟有限元模型,分析了模型维度、壁面滑移和黏度的压力依赖性对注塑件翘曲模拟的影响,讨论了主要工艺参数对注塑件最大翘曲变形量的影响规律。结果表明,模型维度对注塑件翘曲模拟的影响最大,黏度的压力依赖性次之,壁面滑移最小;注塑件最大翘曲变形量随注射速率、熔体温度和模具温度的升高而增大,随保压压力的升高而减小,且影响最为显著,随保压时间的延长变化不明显。

长纤维增强聚合物注塑流动纤维取向分布数值模拟

基于Hele-Shaw流动模型及广义牛顿流体本构方程,采用ARD-RSC取向模型,建立了长纤维增强聚合物注塑成型流动数学模型。以方形薄板为研究对象,运用Moldflow对注塑流动过程进行模拟,研究注射时间、熔体温度、模具温度和保压压力对纤维取向及分布的影响。结果表明,注射时间对纤维取向的影响最为显著,随着注射时间延长,纤维取向值增加;随着熔体温度或模具温度的升高,纤维取向值减小;保压压力对纤维取向的影响与速度/压力转换点有关。

长玻璃纤维/聚丙烯复合材料粒料注塑制品的拉伸强度

利用自行研制的玻璃纤维 (GF)增强聚丙烯 (PP)预浸装置 ,制备了长玻纤增强聚丙烯 (L GFRP)粒料 ,并通过普通注塑机注塑成型。研究了界面改性、粒料长度、浸渍程度及退火处理等对注塑试样拉伸强度的影响。试验发现 ,用接枝马来酸酐 PP作为界面相容剂 ,试样的拉伸强度明显提高。当接枝马来酸酐量占 PP量的 0 .3 %左右时 ,试样强度达到最大值。长纤维粒料内纤维浸渍度越高 ,注塑试样的强度越好。 15 m m和 5 mm长纤维粒料注塑成型试样的拉伸强度均高于 10 m m粒料注塑成型的试样。

长纤维增强反应注射成型多指标工艺参数优化

针对长纤维增强反应注射成型(LFR-RIM)工艺过程的复杂性、影响制品质量因素的多样性及制品质量评价标准不统一的问题,应用正交试验及模糊加权综合评价法研究了主要工艺参数对LFR-RIM制品综合质量(包括弯曲弹性模量、冲击韧性和翘曲变形量等)的影响,得到了最佳的成型工艺参数,即纤维含量30%、纤维长度25 mm、模具温度45℃、混合料温50℃、在模时间12 min、A料与B料配比1∶1.85,并进行了实际生产验证,结果表明,最佳工艺方案明显提高了产品的质量.

长纤维增强反应注射成型PUR/CF复合材料力学性能研究

采用浓硫酸和硅烷偶联剂对碳纤维(CF)进行表面处理,利用可变纤维注入技术和反应注射成型技术相结合制备了聚氨酯(PUR)/CF泡沫复合材料,研究了CF表面处理及含量对复合材料力学性能的影响,并对破坏断口进行了扫描电镜观测。结果表明,CF表面处理可以有效提高PUR/CF泡沫复合材料的界面结合力,随着CF含量的增加,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度均呈先增加后下降的趋势,表面处理的CF质量分数为15%时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别比纯PUR增加了1.52倍、2.73倍和2.25倍。

低密度长玻纤增强聚氨酯复合材料的力学性能

介绍了低密度长玻纤增强反应注射成型聚氨酯复合材料的制备工艺,研究了玻纤含量和模具温度对复合材料的拉伸性能、弯曲性能和冲击性能的影响。结果表明,当玻纤质量分数为30%、模具温度为50℃时,复合材料表现出优良的力学性能,这一结果在实际生产中也得到了验证。

工艺参数对短玻璃纤维增强PP复合材料注射压力和翘曲变形的影响

采用Moldflow对聚丙烯及其短玻璃纤维增强复合材料的注塑成型过程进行3D模拟分析,基于Taguchi试验设计方法(DOE),采用L16(45)正交矩阵进行试验设计,研究工艺参数对注射压力和翘曲变形的影响。结果表明,纤维含量对注射压力和翘曲变形影响作用较为显著,且存在最佳值;模具温度、熔体温度、保压时间和保压压力对注射压力的影响为单调的线性关系,但其对翘曲变形的影响较复杂。

成型温度对纤维增强注塑熔接线拉伸性能的影响

熔接线性能不仅取决于材料性能,而且取决于成型工艺条件,通过对不同成型温度条件下PA66(Zytel70G33L)熔接线强度的实验研究发现,随着熔体温度的升高,有熔接线和或无熔接线的试样拉伸强度都会随着温度的升高而升高;但在没有熔接线的情况下,拉伸强度的变化非常缓慢,在成型温度范围内,这种变化一般不会超过5%,而对于具有熔接线的试样,这种变化接近20%,数值分析结果显示,纤维的取向和不同的Skin-Core-Skin结构上的变化是决定熔接线强度的主要因素.