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基于注塑装备的聚合物PVT关系测控技术的研究

王建  
【摘要】: 聚合物的PVT(压力-比容-温度)关系是进行制品注塑成型流动分析、注塑成型制品模具设计和注塑成型过程控制及工艺分析的主要依据,其在聚合物加工成型领域尤其是精密注塑成型领域的作用日趋重要。本文首先研制了聚合物PVT关系在线测试实验设备,提出了一种基于注塑装备的聚合物PVT关系在线测试技术,测试了多种聚合物材料的PVT关系数据;其次利用聚合物PVT状态方程非线性回归和拟合了实验数据,得到了相应的状态方程参数,丰富了多种聚合物材料的PVT关系数据库;最后研究提出了一种基于注塑装备的聚合物PVT关系在线控制技术,开发了多种注塑成型过程控制技术,在提高注塑成型制品质量和重复精度方面,通过实验证明了该控制技术的有效性。主要工作如下: 1.研制了聚合物PVT在线测试实验设备,研发了一种新的基于注塑装备的聚合物PVT关系在线测试技术。这种新的测试技术可以利用注塑成型装备直接获得模具型腔中聚合物的PVT数据,测试温度为常温-160℃,测试压力范围为常压-200MPa,加热速度可达15℃/min,测试精度在0.3%以内。由于测试条件贴近工业加工条件,因此得到的数据反映了在注塑成型工艺条件下聚合物的PVT关系。 利用初期的聚合物PVT关系在线测试设备进行实验研究,验证了这种新的在线测试技术的可行性,得到了不同种类聚合物(无定形聚合物ABS、PS,半结晶型聚合物LDPE、PP、PA 6)的PVT关系数据。以初期的实验设备为基础改进了测试设备的结构性能,研发了新的测试设备。通过实验验证了在温度测试范围和密封性方面新测试设备的优越性,得到了多种不同牌号的PP、21%滑石粉填充PP和33%玻璃纤维填充PA 66的PVT关系数据。同时,分析讨论了该技术的优缺点,研究了测试样品形状要求、填加剂对聚合物PVT关系的影响规律,分析了同种类不同牌号的聚合物PVT关系、测试方法、过程和条件的影响等。 2.以聚合物PVT关系在线测试数据为基础,应用修正的双域Tait状态方程处理了测试得到ABS、PS、LDPE、PP、PA 6、PA66等聚合物的PVT关系数据;得到了状态方程的相关参数值和聚合物PVT关系拟合数据,丰富了聚合物材料的PVT关系数据库,丰富了我国在此领域的数据资源,为开发我国注塑成型CAE数值模拟软件提供了数据支撑。 提出了一种新的聚合物PVT状态方程,即修正的双域Spencer状态方程,相对于Spencer状态方程,其可以更加准确的描述无定形聚合物的PVT关系;相对于其他通过经验方法建立的状态方程,应用起来则更加简单方便。 利用两种不同的测试方法得到的聚合物PVT关系数据,结合修正的双域Tait状态方程,数值模拟了注塑成型过程。比较实验与数值计算结果发现,利用在线测试技术得到的PVT关系数据进行数值分析得到的制品收缩和翘曲结果都更接近实验结果,进一步证明了聚合物PVT关系在线测试技术的优越性。 3.以注塑成型过程控制技术为基础,提出了基于注塑装备的聚合物PVT关系控制技术原理,开发了一系列新的注塑成型过程控制技术,包括:熔体压力V/P转压、熔体温度V/P转压、保压结束点熔体压力控制、保压结束点熔体温度控制、聚合物PVT关系在线控制技术——保压过程熔体温度控制、多参数组合式控制。进行了一系列工艺实验,研究了模具温度、传感器位置、参数设置及其影响,研究了新的注塑成型过程控制技术的特点和工艺性能。实验研究表明,新的控制技术不同程度地提高了制品质量和重复精度。聚合物PVT关系在线控制技术,能够在不控制模具温度的条件下,将常规控制技术得到的制品质量重复精度0.19683%提高到0.05494%。


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