氣體輔助共注塑工藝的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、氣體輔助共注塑工藝（gas assisted co-injection molding，GACIM）是一種融合了共注塑工藝（co-injection molding，CIM）和氣體輔助注塑工藝（gas assisted injection molding，GAIM）的先進(jìn)聚合物成型工藝，可用于制備多層復(fù)合中空塑料制品。由于GACIM工藝過程中涉及到氣體-聚合物熔體-聚合物熔體的多相分層流動(dòng)，成型機(jī)理較復(fù)雜，而國內(nèi)外相關(guān)研究報(bào)告相對(duì)較少。

2、基于此，本文利用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)方法研究其成型機(jī)理，為該工藝的發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。
　　論文主要研究工作與結(jié)論如下：
　?。?）概述了GACIM工藝及其相關(guān)工藝的原理、過程、特點(diǎn)及研究、應(yīng)用狀況，確定了本文的主要研究內(nèi)容。
　?。?）基于流變學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)理論，根據(jù)GACIM充填過程的特點(diǎn)，通過合理的假設(shè)，建立了GACIM充填過程的控制方程組，采用Cross-WLF粘度模型。對(duì)控制方程組采用有限體積法離散，選用壓

3、力-速度耦合的PISO算法求解控制方程組。
　?。?）基于現(xiàn)有的注射機(jī)和氣體注射設(shè)備，通過自主設(shè)計(jì)高壓注氣針以及注塑模，構(gòu)建了GACIM實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。模具為鑲拼結(jié)構(gòu)，以便考察不同的型腔幾何。
　　（4）借助CFD流體分析軟件，建立了二維軸對(duì)稱模型，對(duì)圓直管件溢流法GACIM工藝進(jìn)行數(shù)值模擬。主要研究了工藝參數(shù)（注氣延遲時(shí)間、注氣壓力、內(nèi)層熔體注射溫度、內(nèi)層熔體注射延遲時(shí)間和內(nèi)層熔體注射壓力）對(duì)GACIM制件成型質(zhì)量的影響，并進(jìn)行

4、了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究表明：制件的的總殘余壁厚隨著注氣壓力、內(nèi)層熔體注射溫度和內(nèi)層熔體注射壓力的增加而減小，隨著注氣延遲時(shí)間和內(nèi)層熔體注射延遲時(shí)間的增加而增加；內(nèi)層熔體的變化趨勢總與皮層熔體的變化趨勢相反。比較了溢流法和短射法對(duì)GACIM制件成型質(zhì)量的差異，發(fā)現(xiàn)溢流法GACIM制件的殘余壁厚要比短射法的均勻得多。通過正交實(shí)驗(yàn)法分析發(fā)現(xiàn)影響GACIM制件成型質(zhì)量最為重要的兩個(gè)工藝參數(shù)是注氣延遲時(shí)間和注氣壓力。
　?。?）對(duì)不同彎角角度（6

5、0°、90°和120°）GACIM管件的進(jìn)行數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究。模擬發(fā)現(xiàn)：氣體總是沿著彎角內(nèi)側(cè)流動(dòng)，由于外側(cè)溫度降低幅度較內(nèi)側(cè)大，所以彎角處的內(nèi)側(cè)總殘余壁厚總是較外側(cè)的薄。實(shí)驗(yàn)研究表明，彎角處的內(nèi)、外側(cè)殘余壁厚隨著彎角角度的增大而減小，殘余壁厚的波動(dòng)性也隨著角度的增加而減小；注氣延遲時(shí)間和注氣壓力對(duì)彎角處內(nèi)、外側(cè)總殘余壁厚的影響主要是表現(xiàn)為內(nèi)層熔體殘余壁厚的變化。
　?。?）對(duì)異形截面GACIM管件進(jìn)行了三維數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，模