典型特种工程塑料PVT关系测试方法及设备的研究
随着塑料合成改性技术的发展，材料性能有了较大幅度的提升，塑料在多领域得到广泛应用，“以塑代木”、“以塑代钢”、“减重降噪”已成为国际材料发展的流行趋势。相比于通用塑料，特种工程塑料的综合性能更加优越，应用环境大多比较特殊，对于制品具有更高的成型精度要求。而获得高精度合格制品的前提，是需要对材料的基本特性有清晰的了解。聚合物的PVT关系描述了材料的比容积随压力和温度的变化情况，是进行制件注射成型流动分析、模腔设计、流程控制和工艺分析的重要依据。但是特种工程塑料熔点高，温度跨越性大，致使材料PVT关系测试困难，急需专用的测试设备。 针对现存PVT关系测试设备数量少、精度低、范围窄，数据采集处理不准确等问题，本课题创新研发了以无毒低温合金作为封闭液介质的特种工程塑料PVT关系测试设备，利用Labview开发数据采集软件，测试并采集在不同温度、压力条件下特种工程塑料的PVT数据。通过多元非线性回归拟合描述PVT关系曲线的数学模型参数，计算并完善材料PVT数据库，通过计算机模拟仿真技术优化加工工艺。主要研究成果如下: 1.对比分析两种测试方法及现有设备特点，创新提出以无毒低温合金作为封闭介质，研发了一套能够实现在极端条件下测试特种工程塑料PVT关系的设备。本套设备的压力测试上限为120MPa，温度范围是室温至400℃。利用设备对两类典型特种工程塑料聚苯硫醚和聚醚醚酮进行测试，将PVT测量结果与DSC测试结果进行比对，两者相转变温度域对应良好，证明本设备具有较高的测试精度。 2.通过Labview开发设计了PVT数据采集软件，包含设置、测试、历史记录三大重要模块，可实现对测试数据的实时采集、保存及读取调用。采集软件可同时获取加热器及封闭介质温度，结合导热系数，精准计算试样的实际温度。针对测试常用的恒压模式，软件预留了压力波动端口，通过设定相应的压力上下限，使测试过程中的压力值维持在合理区间，提高测试数据的准确度。根据测试材料和测试需要的不同，可选择合适的测试模式、采样频率、坐标分度等，方便试验数据的采集和观测。测试获取的PVT关系，可以为构建国内聚合物材料的数据库、优化模流分析软件的材料信息奠定基础，使分析结果更符合实际生产加工。 3.聚合物的PVT关系可以通过数学模型量化表达，模型的准确度会直接影响PVT数据的实际应用效果。本文分别利用Tait模型和Renner模型对试验数据进行拟合，对比三个温区的计算结果与试验数据，以均方根误差和平均绝对误差为衡量指标，验证两类模型对于PVT曲线均具有良好的拟合精度，其中Renner模型对于结晶型聚合物在熔融区间的表达效果更好，利用Renner模型拟合出的PVT曲线更能反应材料真实属性。PVT模型拟合精度的研究可以为聚合物的注塑模流分析和成型控制提供理论依据，为技术人员选取模型提供参考。 4.特种工程塑料较通用塑料有更高的加工难度，将聚合物的PVT关系与注射成型过程相关联，有利于实现加工生产的高质量、高重复精度。本文结合特种工程塑料的PVT特性，利用Moldflow软件对于注射成型保压过程进行优化，提出等比容积保压方案，结合熔体温度调节保压压力，并与传统恒压保压进行类比，体积收缩率和翘曲变形量改善近50％，有效减少了缩痕、缩孔等缺陷的产生，实现聚合物制品的精密注塑加工。
特种工程塑料;注射成型;比容积;压力变化;温度变化;设备选型
北京化工大学
硕士
机械工程
谢鹏程
2020
中文
TQ322.3;TQ320.662
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）