碳纤增强聚合物的PVT特性及其在制品精度控制中的应用
聚合物的PVT特性是聚合物的固有属性之一，也是注射成型模拟分析和实验研究的重要组成部分。碳纤维的加入会对聚合物的PVT特性产生不同程度的影响，进而影响注射制品的精度。为了研究碳纤对聚合物PVT特性及其对注射制品精度的影响，分别研究了碳纤增强聚丙烯和碳纤增强聚碳酸酯的PVT特性。以实测PVT数据为依据，建立了PVT特性状态方程，通过模拟分析和实际注射对比研究了碳纤对制品精度的影响，以及PVT特性在其中的作用，为碳纤增强聚合物注射制品的精度控制提供了理论依据。主要工作及结论如下: 1、设计研制了一台PVT测试装置，该测试装置采用直接加压法测试原理，并使用环形试样作为测试样品。与传统PVT测试仪相比，该结构减小了样品冷却过程中的径向温度梯度，并可以对样品施加剪切作用。该设备能够对样品的内外两侧同时进行快速冷却，其与剪切的耦合作用可以使测试过程模拟真实注射工况，并获得接近注射工况的PVT特性。 2、以不同碳纤含量的聚丙烯和聚碳酸酯为对象，研究了碳纤对结晶型和非结晶型聚合物PVT特性的影响。结果表明，碳纤填充聚丙烯的等压力区间比容变化量比纯聚丙烯高，而碳纤填充聚碳酸脂的比纯聚合物低。由于碳纤占用了部分聚合物体积且具有更小的比容，因此碳纤增强聚碳酸酯的比容下降。碳纤的加入在聚丙烯中有异相成核的作用，因此提高了聚丙烯体系的结晶温度。同时碳纤抑制了聚丙烯均相成核的发展和扩散，使聚丙烯的结晶温度区间变窄，导致结晶段的比容变化量下降。 3、以实测PVT数据为依据，建立了能够描述复合材料PVT特性的修正双域Tait状态方程。通过模拟分析和实际成型，对比研究了4种制品的体积收缩率和翘曲变形，分析了PVT特性在其中的作用。结果表明，制品卸压回弹造成翘曲变形体积收缩率小于保压体积收缩率，且翘曲体积收缩率更接近实际制品的体积收缩率。碳纤的加入对聚丙烯体积收缩率的减小量约是聚碳酸酯的5倍，表明碳纤在抑制结晶型聚合物聚丙烯收缩方面的效果更明显。其原因是碳纤能够影响聚丙烯的结晶过程，使结晶段比容变化量下降。碳纤增强聚丙烯和碳纤增强聚碳酸酯制品在流动方向上的收缩变形小于垂直流动方向，而它们的纯聚合物制品在两个方向上的收缩几乎相等。其原因是碳纤在流动方向上取向，抑制了该方向上聚合物分子链的应力松弛。
聚合物;碳纤维;PVT特性;注射成型;精度控制
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
张爱军
2016
中文
TQ317
86
2017-01-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）