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《河南工业大学》 2017年
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基于液晶高分子注塑成型过程的微流动研究

林绿叶  
【摘要】:热液晶高分子作为一种功能材料,因其高强度、高模量、耐高温、电绝缘性好等独特的优异注塑性能,在航空航天、电子电器、医学仪器、汽车行业等领域应用广泛。传统注塑加工时,加工注塑件的尺寸较大,材料的流变性对最终注塑件机械性能影响较小,因此对注塑材料流变性的研究也较少。随着微机械电子技术的发展,注塑件尺寸越来越小,注塑材料的流变性对所加工注塑件微观结构的影响也变得不可忽视。再者,液晶高分子作为一种各向异性的黏弹性非牛顿流体,液晶高分子加工过程中形成的微观结构在很大程度上决定着其宏观机械性能,因此对微尺度下液晶高分子流变性基础理论的研究是很有必要的。本文主要是针对热致性液晶高分子注塑成型过程中的微流动情况进行理论与实验研究。1.理论研究方面:选择具有代表性的主链型热致性液晶VectraA950作为研究对象,对其进行XRD测试和TG-DSC测试,确定其类型、熔点、清亮点及分解温度,为数值计算和实验设定注塑温度奠定基础。其次,以小分子液晶LeslieEricksen理论为基础,构建Hele-Shaw模型下注塑成型过程的二维计算模型,并用MAPLE软件推导化简高分子液晶注塑成型的基本控制方程组;根据Moldflow软件模拟的液晶注塑成型过程的结果,设定初始条件,并给出边界条件;再者,运用有限差分法,利用MATLAB软件辅助编程进行数值计算。最后,对数值计算的数据进行处理得到压力云图、温度云图、指向矢分布图等。在数值计算时,Leslie粘滞系数的确定尤其关键,直接影响计算结果。实验方面,根据数值计算的结果设计液晶盒形状与尺寸、液晶盒夹具形状与尺寸并制作了简易的注塑成型装置。这个简易的注塑成型机主要包括:注塑、加热圈、数显恒温加热台、动力部分和摄像五大部分。经过大量的重复性注塑实验后,对实验装置进行了改进。然后,对实验得到视频采用MATLAB软件辅助编程进行处理,得到液晶材料流动前沿图、流动的平均速度及流动时间等。比较分析三种不同方案下的Leslie粘度系数的数值计算结果和Moldflow模拟结果可知,基于Maier-Saupe理论求得的热致性液晶的Leslie粘度系数运用到本论文的数值计算中,得到的液晶熔体的流动前沿、压力云图等与Moldflow模拟的结果吻合度较高。比较分析实验结果、数值计算结果和Moldflow模拟结果可知,三者基本上是一致的,热致性液晶高分子注塑成型过程中的流动前沿、流动时间等与实验得到结果相近,因此,对于难以进行实验测试的影响因素可以采用本文的数值计算进行模拟研究。
【学位授予单位】:河南工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ320.662;O753.2

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