聚碳酸酯中应变率压缩力学特性研究

利用高速液压伺服试验机开展聚碳酸酯中应变率压缩实验,同时开展低、高应变率压缩的对比实验,验证了中应变率实验的有效性.基于不同温度下各应变率的压缩真实应力-应变曲线,获得了聚碳酸酯在中应变率压缩下的力学特征.结果表明:聚碳酸酯在中应变率下的压缩经历了弹性形变、屈服、应变软化和应变硬化四个阶段,材料力学行为的应变率和温度相关性表现为:提高应变率或降低温度,压缩屈服强度和屈服应变均增大;反之,升高温度或降低应变率,材料的应变软化更为显著.基于实验结果,构建了可描述聚碳酸酯中应变率压缩过程力学特征的 ZWT 非线性黏弹本构模型,该模型可为透明件结构设计与鸟撞仿真提供有力支撑.     

二次注射成型光学制件厚度截面的残余应力分析EI北大核心CSCD

采用光弹法定量对比分析一次注射成型与二次注射成型光学制件在厚度截面上的残余应力。结果表明,一次注射成型和二次注射成型光学制件的截面残余应力分布均为双抛物线状,但后者的应力水平大于前者。同时,二次注射成型的PC/PC和PMMA/PMMA在界面处两侧的低应力层和零应力层消失,相反地,两层的界面处存在高应力峰。另外,与PMMA或PMMA/PMMA的双抛物线应力分布截然不同,PC/PMMA和PMMA/PC复合制件的PMMA层的残余应力表现为沿PMMA外侧面向界面方向逐渐增大的趋势。此外,PC和PMMA的注射顺序对二次注射成型复合制件的残余应力具有显著影响,主要体现在界面处和整个PC层。PC/PMMA的界面处应力明显高于PMMA/PC,且前者PC层靠近界面处仍存在低应力层和零应力层,而后者不存在此两种应力层。     

PMMA/PC复合平板叠层注射压缩成型翘曲变形计算模拟

建立了一种基于注射成型模拟软件Moldflow和有限元软件ABAQUS联合计算模拟的方法,以用于分析聚甲基丙烯酸甲酯/聚碳酸酯（PMMA/PC）复合平板叠层注射压缩成型的翘曲变形。通过两步法完成翘曲变形的数值模拟：首先采用Moldflow软件对叠层注射压缩成型进行充填、保压和模具内冷却分析;然后将Moldflow获得的制件脱模时温度场和网格文件导入ABAQUS进行分析,计算脱模后制件完全冷却至室温的翘曲量,将应力释放的翘曲值与完全冷却的翘曲值线性相加得到平板的最终翘曲。同时通过注射成型实验实测PMMA/PC复合平板的翘曲变形。结果表明,联合计算模拟结果与实验结果的匹配性较好。     

热力历史对PMMA残余应力和光学性能的影响

利用光弹测量对注射成型过程不同热力历史的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)样件进行了残余应力的定量表征,并测试分析了样件的透光率和雾度。研究表明,成型过程中的工艺选择对样件的残余应力影响显著,提高熔体温度和模具温度、增大保压压力和注射速度、缩短保压时间和冷却时间都可以有效降低残余应力;退火温度升高可明显削弱成型过程热力历史的差异,降低残余应力并使之趋于一致,偏差最小为0.71 MPa。热力历史对光学性能的影响与残余应力相关性较大,总体上残余应力降低,透光率升高而雾度降低,可分别达到93.1%和1.1%。     

紫外加速老化对聚碳酸酯力学和光学性能的影响

为分析紫外加速老化对聚碳酸酯力学和光学性能的影响,采用实验室荧光紫外灯源暴露实验法,研究聚碳酸酯透光率、黄色指数、拉伸性能和弯曲性能随紫外辐照时间和辐照强度的变化规律.结果表明,聚碳酸酯的透光率随着辐照时间和辐照强度的增加而降低,延长辐照时间和增加辐照强度导致材料黄色指数增加.红外光谱显示,紫外加速老化使得聚碳酸酯内部生成有色基团,影响材料光学性能.聚碳酸酯的拉伸强度和断裂伸长率随着辐照时间和辐照强度的增加而降低,紫外加速老化导致材料受辐照面产生微裂纹和孔洞等缺陷,拉伸作用会使微小缺陷扩展并引发断裂.当受压面为辐照面,聚碳酸酯的弯曲强度随着辐照时间的延长和辐照强度的增加而升高,辐照面缺陷在受压状态下不易扩展并且增加了材料表面刚度,使得弯曲强度提高.聚碳酸酯的拉伸模量和弯曲模量受老化时间和辐照强度影响较小,这是因为紫外加速老化对分子量影响较小.     

聚碳酸酯挤压形变力学行为有限元模拟

采用有限元方法研究了聚碳酸酯在中应变率下挤压形变的力学行为。基于DSGZ本构模型,开展聚碳酸酯圆柱单轴压缩形变有限元模拟,对比模拟与实验结果,计算模型预测准确度,分析材料压缩形变后的多物理场分布,验证模型对压缩力学响应预测的有效性。模拟聚碳酸酯平板在侧向受限挤压模式下的固态形变,获得了制件的力学演变规律。结果显示,单轴压缩模拟与实验应力-应变曲线吻合度高,DSGZ模型可较为准确地预测压缩弹-塑性形变过程中的应力-应变关系。在圆柱单轴压缩形变与平板挤压形变模拟中,材料整体变形均匀,应力响应温度变化比响应应变率变化更敏感。模拟结果有效地反映了聚碳酸酯挤压形变力学特性,可成为聚碳酸酯挤压形变工程实现的重要依据,为材料强化及其在飞机座舱透明件中的应用提供有力支持。     

注射压缩成型与常规注射成型的模腔压力对比分析

在自主开发的注射压缩模具上安装模腔压力传感器,从工艺角度出发,对常规注射成型和注射压缩成型的模腔压力进行了工艺相关性的对比与分析。结果表明,注射压缩可有效降低注射压力和模腔压力,使模腔压力场更加均匀。常规注射成型中模腔压力受模具温度的影响最大,其次为熔体温度、保压时间和保压压力,而注射压缩成型中压缩速率对模腔压力的影响最大,其次为熔体温度和模具温度,压缩行程最弱。低残余应力与低翘曲变形进一步验证了注射压缩的技术优势和压力场特征,表明了模腔压力具有重要的工艺性能指导作用。     

二次注射成型工艺参数对PMMA-PC复合平板翘曲的影响

研究了基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)两种材料的二次注射成型中不同工艺参数,包括保压压力、保压时间、熔体温度、模具温度及注射速率等对PMMA-PC复合平板制件翘曲量的影响。结果表明:随保压压力的增大,翘曲量呈现先减小后增大趋势;保压时间的延长则有利于减少复合平板的翘曲量,增加熔体温度和注射速率会增大复合平板的翘曲量。模具温度的升高会使复合平板的翘曲变形方向朝PMMA侧逐渐增大,模内不对称冷却引起复合平板内部的残余热应力成为翘曲量增大的主要原因,当模具温度为90℃时,复合平板基本无翘曲。所研究的工艺参数中,模具温度和保压时间对复合平板的翘曲影响最为显著。     

注塑压缩成型工艺对聚甲基丙烯酸甲酯-聚碳酸酯复合平板残余应力的影响EI北大核心CSCD

基于光弹法研究了聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)两种材料的二次注射压缩成型中不同工艺参数,包括保压压力、保压时间、熔体温度、模具温度及压缩距离等对PMMA-PC复合平板制件残余应力的影响。结果表明,随保压压力的增大、保压时间的延长,残余应力呈现先减小后增大趋势;增加熔体温度和压缩距离会降低复合平板内的残余应力。模具温度的升高会使复合平板的残余应力逐渐增大,原因在于模内不对称冷却加剧了复合平板内部的残余热应力,当模具温度为70～80℃时,复合平板内残余应力较小且分布均匀。所研究的工艺参数中,模具温度和熔体温度对复合平板的残余应力影响最为显著。