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短纤维增强聚丙烯水辅注射成型短纤维取向的数值模拟

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高分子材料科学与工程 2019年第11期35卷 109-115页

作者：周海迎柳和生那兵余忠江青松李为平南昌大学机电工程学院江西南昌330031 东华理工大学江西省聚合物微纳制造与器件重点实验室江西南昌330013

水辅注射成型(WAIM)不同于传统注射成型(CIM),其短纤维取向分布相对复杂。文中以中空直管为例,对溢流法WAIM短纤维取向进行3D数值模拟,并通过模拟结果与扫描电镜照片比对来验证短纤维取向预测模型的有效性。提取断面不同厚度处的取向张... 详细信息

水辅注射成型(WAIM)不同于传统注射成型(CIM),其短纤维取向分布相对复杂。文中以中空直管为例,对溢流法WAIM短纤维取向进行3D数值模拟,并通过模拟结果与扫描电镜照片比对来验证短纤维取向预测模型的有效性。提取断面不同厚度处的取向张量值,分析了溢流法WAIM中短纤维取向机理。模拟结果表明,残余壁厚中短纤维取向分布具有明显的外层-壳层-内层结构特点,外层和壳层中短纤维以沿着熔体流动方向取向分布为主,垂直流动方向次之,厚度方向最弱,靠近水道的残余壁厚内层受到高压水柱影响短纤维趋于自由取向分布;对不同部位断面进行分析,由于存在不同应力场和速度场,短纤维在3个方向的取向张量沿轴向有一定变化,同时溢流口模具结构对其存在影响。

关键词：短纤维取向水辅注射成型模拟仿真实验

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水辅注射成型技术综论

工程塑料应用 2006年第9期34卷 78-81页

作者：孙玲刘东雷南昌大学机电工程学院南昌330029

水辅注射成型是在气体辅助注射成型的基础上发展起来的一种新兴的注射成型工艺,论述了该技术的成型原理、成型特点、成型工艺、成型设备,以及当前该技术在国内外的应用、发展现状,并指出了水辅注射成型技术今后亟待解决的几个关键性问题。

关键词：水辅注射成型成型工艺成型设备

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水辅注射成型技术的特点及研究进展

现代塑料加工应用 2009年第5期21卷 60-63页

作者：贾振华郑国强郝晓琼郑州大学材料科学与工程学院河南郑州450001

介绍了水辅注射成型技术的起源、发展历程、基本原理、所需设备、工艺方法,并且把水辅注射成型技术与气辅注射成型技术进行了比较,总结出水辅注射成型技术方法的优缺点。最后介绍了水辅注射成型技术的研究概况,指出了水辅注射成型技术... 详细信息

介绍了水辅注射成型技术的起源、发展历程、基本原理、所需设备、工艺方法,并且把水辅注射成型技术与气辅注射成型技术进行了比较,总结出水辅注射成型技术方法的优缺点。最后介绍了水辅注射成型技术的研究概况,指出了水辅注射成型技术亟待解决的问题。

关键词：水辅注射成型成型工艺成型设备述评

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水辅注射成型系统设计与制品残余壁厚研究

水辅注射成型系统设计与制品残余壁厚研究

作者：丁加新浙江大学

学位级别：硕士

水辅注射成型技术(Water-Assisted Injection Molding,WAIM)自气辅注射成型技术(Gas-Assisted Injection Molding,GAIM)发展而来,属于一种新兴的流体辅助成型技术,具有成型周期短、制品质量高、材料成本低等优点。随着市场对塑料制品轻... 详细信息

水辅注射成型技术(Water-Assisted Injection Molding,WAIM)自气辅注射成型技术(Gas-Assisted Injection Molding,GAIM)发展而来,属于一种新兴的流体辅助成型技术,具有成型周期短、制品质量高、材料成本低等优点。随着市场对塑料制品轻量化要求的逐步提高,该技术越来越受到人们的关注。针对该技术的成型设备设计以及成型机理、成型工艺研究具有一定的理论价值和实践价值。本文围绕水辅注射成型技术的设备系统与制品的残余壁厚性能指标,主要进行了以下研究:第1章,从水辅注射成型设备研究、仿真研究和试验研究三个方面对该技术在国内外的研究现状进行了简单阐述,并介绍了该技术的应用前景和当前的应用技术难点。第2章,简单介绍了水辅成型纯水注射系统的优缺点,并基于此设计了水辅注射成型油水混合系统,包括液压原理图的设计,液压系统关键元件对顶缸的设计,关键参数的确定以及液压系统结构布局的设计。第3章,基于PLC控制器设计了水辅注射成型控制系统,包括电气控制电路、PLC控制系统、PLC主控程序、故障检测子程序、水温度控制子程序、注射压力控制子程序以及HMI人机界面的设计。第4章,根据水辅注射成型过程中水与塑料熔体的流动特点,建立了水辅注射成型两相流动的CFD模型,对制品的残余壁厚形成过程进行了仿真研究。同时结合试验结果,分析了注射方法和延迟时间对制品残余壁厚的影响。第5章,基于L-M算法建立了BP神经网絡残余壁厚预测模型,根据延迟时间、熔体温度、保压压力3个工艺参数来预测制品的残余壁厚。首先利用训练样本对模型进行训练,然后对预测结果进行了误差分析,发现预测误差满足精度要求,证明了该模型能够用于制品的残余壁厚预测。第6章,对全文的研究内容和研究结论作了总结,并提出了下一步的工作展望。

关键词：水辅注射成型系统设计残余壁厚 CFD仿真 BP神经网络预测

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水辅注射成型iPP制品的形态结构

水辅注射成型iPP制品的形态结构

作者：贾振华郑州大学

学位级别：硕士

水辅注射成型（Water-Assisted Injection Molding, WAIM）是在气辅注射成型（Gas-Assisted Injection Molding, GAIM）和常规注射成型（Conventional Injection Molding, CIM）的基础上发展而来的一种新型聚合物成型加工技术。WAIM在制备厚壁、管状制品及大型平板类制件时具有独特的优越性,近年来吸引了众多学者的广泛关注。但截至目前,研究的工作重点主要集中在水穿透过程中的数值模拟、制品的宏观质量和成型工艺的关系、水道结构及水针的设计等方面,而有关WAIM制品结晶形态方面的研究还鲜有报道。鉴于此,本论文利用偏光显微镜、小角X射线散射和广角X射线衍射等表征手段,重点研究了WAIM工艺条件下,等规聚丙烯（Isotatic Polypropylene, iPP）制品的形态结构形成和演化机理,以及p成核剂对制品形态结构形成的影响。并通过WAIM和CIM在工艺过程中物理场异同点的机理进行比较分析研究,阐明了iPP制品结晶形态和取向行为的形成原理和影响机制,从而为进一步改善WAIM制品的性能提供理论指导和实验依据。主要研究结果如下：（1）研究了WAIM工艺条件下,iPP制品的结晶形态和取向行为,发现制品从模壁边到水道边,根据其形态结构分布的不同,宏观上可大致划分为三层：表层、芯层和水道层;并且由于水穿透作用,表层和水道层有更多的shish-kebab结构生成。（2）通过对不同分子量iPP的WAIM制品结晶形态和取向行为的研究,发现低分子量iPP制品的表层和水道层要比高分子量的iPP制品对应层保留有更多的shish结构。（3）研究了p成核剂对WAIM工艺条件下的iPP制品层次结构的影响。结果发现,β成核剂能够显著影响WAIM制品的层次结构。低含量的β成核剂可使WAIM制品的取向区域明显扩大;高含量的β成核剂,使制品内部晶粒变的非常细小,取向区域与各向同性区域的边界消失,制品整个壁厚方向上的层次结构趋于均一。（4）通过对不同β成核剂含量的WAIM制品各层中shish-kebab结构的研究,我们发现,p成核剂能够促进WAIM制品中shish-kebab结构的生成。当β成核剂的含量增加到1%时,shish-kebab结构的存在区域扩展到WAIM制品的芯层。并且WAIM制品各层的结晶度,β晶含量和取向行为都随p成核剂含量的增加有显著提高。

关键词：水辅注射成型常规注射成型聚丙烯成核剂结晶形态串晶剪切应力

水辅助注射成型制品质量的缺陷及工艺优化研究概述

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中国塑料 2018年第4期32卷 12-17页

作者：张伟柳和生余忠章凯陈忠仕南昌大学聚合物成型研究室南昌330031 东华理工大学化学生物与材料学院南昌330013 上饶师范学院江西省塑料制备成型重点实验室江西上饶334001

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... 详细信息

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。

关键词：水辅注射成型宏观现象微观现象工艺优化

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水辅助注射成型工艺及制品性能研究

水辅助注射成型工艺及制品性能研究

作者：张亚民郑州大学

学位级别：硕士

水辅注射成型技术是在常规注射成型技术和气体辅助注射成型技术的基础上发展起来的一项新技术。由于水的不可压缩性,以及水的热传导率是氮气的40倍,热容是氮气的4倍,使得水辅注射成型的成型周期大大缩短,生产成本显著减少。因此,水辅注... 详细信息

水辅注射成型技术是在常规注射成型技术和气体辅助注射成型技术的基础上发展起来的一项新技术。由于水的不可压缩性,以及水的热传导率是氮气的40倍,热容是氮气的4倍,使得水辅注射成型的成型周期大大缩短,生产成本显著减少。因此,水辅注射成型具有很大的发展空间和广阔的应用前景,但目前关于水辅注射的系统研究还较少。本文通过建立理论模型和实验验证来研究水辅注射成型中水的穿透长度和制件残余壁厚与加工工艺的关系以及水辅成型过程中温度、注射压力等对制件的结晶形态的影响规律。主要工作包括以下几个方面：1.应用无量纲方法建立了黏性可压缩非牛顿熔体在水辅成型二次穿透中的控制方程,导出了求解压力场的变分方程和速度场的计算公式。应用分部积分和力学基本原理导出了二次穿透速度的计算公式,描述了穿透速度与注水压力、熔体密度、黏度、穿透长度及穿透半径之间的关系,开发了模拟程序。2.通过实验分析了熔体温度、熔体注射压力、注水压力、注水延迟时间、保压时间、熔体注射量等工艺参数对水辅成型制件残余壁厚以及水的穿透长度的影响。结果表明：工艺参数决定了制品的残余壁厚和水的穿透长度。升高聚合物熔体温度会减小残余壁厚和水的穿透长度;增加熔体的注射压力也会减小水的穿透长度;增加水的注水压力则会增加制品的残余壁厚和水的穿透长度;增加水的注水延迟时间将会增加水的穿透长度;增加水的保压时间就增加了水的穿透长度。3.采用偏光显微镜(PLM)研究了水辅注射成型的聚丙烯(PP)制品的内部结晶形态,分析了结晶形态的形成机理,并与CIM成型的制件进行比较。实验结果表明：在水辅成型制件的壁厚方向按照材料结晶形态的规律可以分为内表层、中芯层和外表层。内表层晶体结构的特点具体表现为紧挨制品壁内表面区域均呈现致密的小球晶结构,其他区域呈现直径稍大且形状不规则的球晶结构。中芯层晶体结构以无序排列的球晶为主,而且球晶生长充分,直径较大,晶区与非晶区区别明显。外表层的晶体结构共同特点是紧挨制品壁外表面区域(0～50μm)与紧挨制品壁内表面区域相似,也呈现致密的小球晶结构。

关键词：水辅注射成型二次穿透残余壁厚穿透长度工艺参数结晶

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熔体温度对水穿透行为影响的可视化研究

中国塑料 2010年第4期24卷 65-69页

作者：刘旭辉黄汉雄长江大学机械工程学院湖北荆州434023 华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

利用水辅助注塑可视化模具和自主研发的注水系统,以聚苯乙烯为原料,对不同熔体温度下的水辅助熔体流动充模的过程进行了观察,并研究了水的穿透行为。结果表明,熔体温度低,水前缘熔体的惯性力增大,产生"折线"水道,水在后半模腔熔体的穿透... 详细信息

利用水辅助注塑可视化模具和自主研发的注水系统,以聚苯乙烯为原料,对不同熔体温度下的水辅助熔体流动充模的过程进行了观察,并研究了水的穿透行为。结果表明,熔体温度低,水前缘熔体的惯性力增大,产生"折线"水道,水在后半模腔熔体的穿透中,水前缘速度与水前缘熔体速度相近;熔体黏度高,水前缘速度大于水前缘熔体速度;熔体温度越高,射流穿透的时间越长,水在前半模腔穿透用时越少。

关键词：水辅注射成型熔体温度水穿透行为可视化