复杂壳体类塑料件气体辅助注射成型工艺参数优化研究

以21英寸彩电前壳作为研究对象,将Moldflow 2010作为CAE模拟试验平台,以熔体温度、模具温度、熔体注射时间、气体延迟时间、气体压力为关键工艺因素,考察了复杂壳体类塑料件气体辅助注射成型(GAIM)时制件的翘曲变形量和气体穿透情况。以正交试验设计方法为基础,利用遗传算法并结合径向基神经网络建立GAIM工艺参数优化系统,可用于工艺参数组合的快速确定,为GAIM过程中工艺参数优化提供了一种新的求解思路。

水辅助注射成型技术的研究进展

介绍了水辅助注射成型的基本原理、成型方法及特点和应用。综述了水辅助注射成型的实验研究和数值模拟研究的进展,指出了水辅助注射成型技术的关键、难点和今后的工作方向。

长纤维增强聚合物注塑纤维长度分布三维数值模拟

基于Phelps-Tucker纤维断裂模型,以中心浇口圆盘为研究对象,采用Moldflow对长纤维增强聚合物注塑流动过程进行三维数值模拟,研究流动速率、熔体温度、模具温度和保压压力对纤维长度分布的影响规律,并探讨其产生的机理。结果表明,浇口附近是最长纤维和最短纤维的共存区;近壁面处纤维长度较中心层长;随着流动速率、模具温度和保压压力的增加,纤维长度均减小;随着熔体温度的增加,纤维长度先减小后增大;在近壁面处保压压力对纤维长度的影响不大。以上结果与文献对比总体吻合较好。

纤维增强聚合物注塑件力学性能耦合数值分析

基于聚合物复合材料的各向异性机理,建立了纤维增强聚合物注塑件各向异性力学模型,以标准拉伸试样为研究对象,通过网格映射法集成Moldflow和Abaqus,实现纤维增强聚合物复合材料注塑流动和结构分析的耦合。结合塑件纤维取向和残余应力,分析浇口位置及数量对塑件力学性能的影响,结果表明,在给定塑件及载荷条件下,边浇口变形最小,中心浇口次之,两浇口变形最大。以上结果对提升塑件结构分析的精度具有重要意义。

缝合泡沫夹层结构复合材料三点弯曲性能研究

采用改进锁式缝合方法,在真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺基础上制备了缝合泡沫夹层结构复合材料,对其进行了三点弯曲测试,并对缝合参数对其弯曲性能的影响进行了实验研究。实验结果表明,在弯曲载荷作用下,其结构的失效大部分是由于芯材的剪切破坏,在缝合密度较大和纤维层较多的情况下,弯曲性能优异。采用缝合泡沫夹层结构可以提高复合材料的弯曲性能。

工艺参数对VARTM中树脂充模流动的影响研究

采用可视化树脂流动实验装置,研究了高渗透导流介质、树脂黏度、树脂注射方式和真空压力等工艺参数对真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺中树脂充模流动过程的影响。结果表明,VARTM工艺中高渗透导流介质对树脂充模的速度起着主导作用;随着树脂黏度的增大,完成充模所需时间呈现指数增加趋势;树脂注射方式对充模速度和充模流动模式影响大,树脂采用边界点型注射时充模所需时间是边界线型注射的3倍,是四周注射的9倍;随着真空压力的增大,完成充模所需的时间呈现先变大后变小的趋势。

新型注射成型技术——水辅助注射成型

水辅助注射成型技术是一种新型的流体辅助注射成型技术。介绍了水辅注射成型原理、成型工艺过程、工艺特点,论述了水辅助注射成型设备的系统组成、成型设备以及该技术的应用和国内外的研究现状。

导流介质对缝合泡沫夹芯结构复合材料VARTM工艺中树脂流动影响研究

对4种不同位置铺放导流网的缝合泡沫夹芯结构预成型体进行了真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺树脂充填实验,探究了预成型体中导流网的铺放位置对树脂在其中流动浸润的影响。对实验结果进行分析得出:预成型体中加入一层导流网可以使上、下层纤维面板中树脂完成充填时间间隔变小;导流网分别铺放在预成型体泡沫芯板上及预成型体最底层均易导致预成型体下层纤维面板形成空隙及干斑等缺陷,影响制品质量;导流网铺放在预成型体下层纤维面板上不但缩短了上、下层纤维面板中树脂完成充填时间间隔,而且下层纤维面板中树脂流动较一致,利于提高预成型体树脂充填质量。

微孔塑料连续挤出成型快速降压口模的数值模拟

利用Polyflow有限元软件对聚苯乙烯(PS)/CO2均相体系在连续挤出成型圆形快速降压口模中的流动进行数值模拟,考察快速降压口模入口角、长径比及口模温度对PS微孔塑料熔体沿轴线方向的压力降速率和剪切速率的影响。结果表明,当入口角大于30°时,改变入口角对压力降速率和剪切速率无明显影响,即对微孔塑料的气泡成核影响微小,但当入口角为0°时,与其它各入口角相比,其熔体压力降速率最大,气泡成核时间最早;在毛细管段口模直径不变的情况下,改变其长径比对熔体气泡成核亦无明显影响,但压力降随口模长度缩短而变小;口模温度对剪切速率影响不大,但降低口模温度,压力降速率明显提高,从而有利于微孔塑料的气泡成核。

氧化石墨烯改性碳纤维复合材料抗冲击行为研究

使用单层纳米氧化石墨烯(NGO)粒子对环氧树脂进行改性处理,采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺制备了[±45/0/90]2S铺层角度下的纯树脂及单层NGO改性碳纤维复合材料(CFRP)层合板。通过落锤冲击试验、超声C扫描检测、冲击后压缩试验等对纯树脂及单层NGO改性CFRP进行实验研究。结果表明,纯树脂及单层NGO改性CFRP在损伤阻抗及损伤容限实验中均存在拐点现象,且拐点出现在相同深度位置,其中纯树脂CFRP拐点位置为0. 51 mm,单层NGO改性CFRP拐点位置为0. 43 mm;相对于纯树脂CFRP,单层NGO改性CFRP可以显著提高复合材料的抗冲击性能及冲击后的压缩性能;通过对冲击后凹坑深度及凹坑面积进行数据模拟,可以用拟合公式实现对复合材料的损伤预测。

CF/GF层间混杂增强缝合泡沫夹芯复合材料低速冲击性能试验研究

研究了碳纤维(CF)与玻璃纤维(GF)层间混杂增强环氧树脂缝合泡沫夹芯复合材料的冲击性能。采用落锤冲击试验机对缝合碳纤维、玻璃纤维和玻碳层间混杂纤维泡沫夹芯复合材料板进行了冲击试验,得出了锤头接触力和位移随时间变化的曲线。通过显微拍照和超声波检测技术对冲击后的复合材料板进行了损伤检测,得出夹芯复合材料板内外部损伤情况。结果表明:碳纤维泡沫夹芯复合材料板的锤头最大冲击力最大,而接触时间最短;玻璃纤维的锤头最大冲击力最小,而接触时间最长;玻碳混杂纤维最大冲击力和接触时间居中。碳纤维冲击后表现为脆性破坏,玻璃纤维的加入改善了碳纤维的韧性。

不同增强方式下泡沫夹芯复合材料三点弯曲性能研究

研究了缝合及加强筋增强方式下泡沫夹芯复合材料的三点弯曲性能。采用万能试验机分别进行了缝合与未缝合碳纤维、玻璃纤维、玻碳混杂纤维泡沫夹芯复合材料的三点弯曲实验,分别得出各自的载荷-挠度曲线,再引入加强筋的方式进一步研究缝合碳纤维泡沫夹芯复合材料的弯曲性能。结果表明,玻碳混杂纤维泡沫夹芯复合材料较玻璃纤维泡沫夹心复合材料性能有所提升;引入加强筋会使缝合碳纤维泡沫夹芯复合材料的弯曲强度从17.79 MPa增大到37.47 MPa,且随着加强筋数量增多,缝合碳纤维泡沫夹芯复合材料的弯曲性能得到提升;在加强筋数量相同(2根)的情况下,加强筋平行铺放时弯曲性能最好,弯曲强度达到46.96 MPa,20°交叉铺放时次之,十字铺放时最差。

气体-水辅助注塑技术的初步研究

详细阐述了气体-水辅助注射成型(GWAIM)工艺的方法及过程;通过实验探讨了GWAIM工艺实施在装置设计及工艺控制中的关键技术和GWAIM工艺的优点。结果表明,GWAIM试样内壁光亮、壁厚更加均匀,具有更好的成型质量;GWAIM工艺仍然存在材料适用性问题,但相对水辅助注射成型(WAIM)工艺具有更广泛的材料适用性。

缝合泡沫夹芯结构复合材料VARTM工艺树脂充填模拟及验证

采用"长条"模型代替泡沫中沿缝线方向树脂流动模型并对其等效渗透率及孔隙率进行计算;然后用PAM-RTM软件对缝合泡沫夹芯结构真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺树脂充填过程进行数值模拟,最后建立了流动可视化实验装置对模拟结果进行实验验证。对比模拟与实验结果表明,模拟与实验完成整个充填过程的时间非常接近,并且树脂在预成型体中流动方式及在预成型体上、下面板流动状态的数值模拟与实验结果也非常地一致。故建立的"长条"模型及其相关参数的计算是合理的,可以用来准确地预测缝合泡沫夹芯结构VARTM工艺树脂充填过程。另外,树脂在上面板流动前沿在沿宽度方向较为统一,而树脂在下面板流动前沿呈现锯齿状,容易产生空隙及干斑等缺陷,影响制品的质量。

废旧塑料再生造粒工艺浅析

介绍了废旧塑料造粒工艺,包括无熔造粒、湿法造粒、干法造粒、有机溶剂辅助软化造粒、复合再生造粒和热风循环加热熔融造粒等,分析了各种造粒工艺的优缺点,并进行了分析对比,其中热风熔融工艺采用热风直接加热废旧塑料进而挤出造粒,无需破碎处理,改善了工作环境,避免了二次污染,具有很好的发展前景。

嵌入加强筋的缝合泡沫夹芯结构复合材料VARTM工艺树脂充填模拟及验证

在缝合泡沫夹芯结构复合材料的泡沫中嵌入轻质的加强筋板,可以在不增加缝合密度并且在只增加较少质量的前提下,增强复合材料制品整体的强度和刚性。文中对真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺树脂在嵌入加强筋的缝合泡沫夹芯结构复合材料预成型体中充填过程进行模拟和验证研究。采用一种矩形流道模型代替沿加强筋与泡沫空隙间的树脂流动,并对其等效渗透率及孔隙率进行计算;通过PAM-RTM软件模拟了嵌入加强筋板的缝合泡沫夹芯结构VARTM工艺的树脂充填过程,并建立了流动可视化实验装置与模拟对比,结果表明模拟与实验相当吻合。而模拟与实验的结果均表明加强筋的引入可以在局部加强树脂沿厚度方向的流动,但是会延缓树脂对整个预成型体的充填。

复杂壳体类气辅注塑件的流动模拟分析

针对浇口位置及数量在气体辅助注塑成型加工中的重要性,笔者以42英寸PDP彩电前壳为例,利用Moldflow软件对其浇口位置和数量进行了数值模拟;在流动分析的基础上,通过3种方案的分析比较,对浇口系统进行了优化设计,优化后的设计可保证平衡填充及型腔的压力分布。

超声振荡对多壁碳纳米管/VARTM用环氧树脂复合材料导电性能的影响

借助超声振荡工艺促进了多壁碳纳米管(MWNTs)在VARTM用环氧树脂(EP)中的分散,通过真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺制备了MWNTs/EP复合材料试样并研究试样的导电性能。结果表明,随着超声振荡时间、功率和频率的增大,不同MWNTs添加量的试样导电性能均呈现出先升高后降低的趋势。在超声振荡时间90min、功率80 W和频率45kHz附近分别达到了阈值,MWNTs的添加量仅1%就可以达到降低纯EP表面电阻率(1012Ω·cm)近4个数量级的要求。实验还运用扫描电镜(SEM)证实了MWNTs在EP中的分散情况。

VARTM工艺中高渗透导流介质对树脂充填行为的影响

采用可视化流动实验装置,系统研究了高渗透导流介质对真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺中树脂充填流动行为的影响。实验结果表明,高渗透导流介质只覆盖部分纤维增强体时,铺放在靠注胶端导流效果明显,铺放在靠抽气端导流效果很弱;高渗透导流介质铺放在纤维增强体顶、中和底面任何位置,都会起到良好的导流效果,尤其是铺放在纤维增强体底面时导流效果最好;随着高渗透导流介质层数增加,对树脂充填的导流作用就越好;随着纤维增强体层数的增多,完成充填所需时间就越长,这表明高渗透导流介质导流效果受到增强体厚度的影响。

VARTM工艺铺层取向对复合材料力学性能的影响

采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制作了玻璃纤维增强不饱和聚酯复合材料层合板,对其进行了拉伸、弯曲、冲击性能测试,并对铺层取向与玻璃纤维复合材料层合板力学性能的影响关系进行了实验研究。实验结果表明,0°取向玻纤增强复合材料在单一方向上的力学性能最佳,±θ取向比θ取向玻纤增强复合材料有更好的力学性能;θ单向铺层复合材料在外载荷作用下发生破坏,其断口破坏的角度与铺层角度一致,而在±θ多向铺层复合材料的断口形貌更复杂。通过合理的铺层设计可获得满足工程需要的复合材料制品。