液態(tài)反應(yīng)性聚合物復(fù)合材料的旋轉(zhuǎn)模塑成型工藝研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)模塑是一種以塑料粉末為原料成型中空塑料制品的工藝。由于它具有一些其它成型工藝無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如成本低、制品無(wú)內(nèi)應(yīng)力、適合成型大型制品等，一直受到人們的關(guān)注。該工藝也存在一些缺點(diǎn)，如制品強(qiáng)度低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、成型時(shí)間長(zhǎng)、原材料種類少及原材料成本高等，限制了旋轉(zhuǎn)模塑工藝的發(fā)展。長(zhǎng)期以來(lái)人們一直都在努力研究適合旋轉(zhuǎn)模塑工藝的新材料并對(duì)旋轉(zhuǎn)模塑工藝進(jìn)行改進(jìn)，取得了一定的成果。 很早就有人提出使用液體聚合物進(jìn)行旋轉(zhuǎn)模塑生產(chǎn)。液體聚合

2、物與粉末聚合物原料相比具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如液體聚合物增強(qiáng)方式靈活，能夠使用長(zhǎng)纖維進(jìn)行增強(qiáng)以提高制品強(qiáng)度等。但是，液體聚合物作為旋轉(zhuǎn)模塑原料在操作過(guò)程中會(huì)遇到一些困難，主要問(wèn)題是原料在模具壁上分布不均勻和制品表面產(chǎn)生氣泡。這些問(wèn)題制約了旋轉(zhuǎn)模塑工業(yè)中液體聚合物的應(yīng)用?；诖?，本文工作的目標(biāo)是使用通用型不飽和聚酯樹(shù)脂為原料研究適用它的旋轉(zhuǎn)模塑成型工藝及長(zhǎng)纖維增強(qiáng)技術(shù)。同時(shí)，本文還對(duì)液態(tài)發(fā)泡樹(shù)脂體系旋轉(zhuǎn)發(fā)泡工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并得到了一些有意義的

3、結(jié)論。 為進(jìn)行上述不飽和聚酯樹(shù)脂旋轉(zhuǎn)模塑試驗(yàn)研究，本文自行設(shè)計(jì)并制造了雙軸可調(diào)速旋轉(zhuǎn)模塑機(jī)。該設(shè)備具有內(nèi)傳動(dòng)和外傳動(dòng)兩條傳動(dòng)路線，分別使模具繞兩互相垂直軸旋轉(zhuǎn)。該設(shè)備每軸調(diào)速范圍為0～35r/min，能夠滿足液體原料在各種轉(zhuǎn)速下的成型試驗(yàn)研究，也可用于企業(yè)中小型液體旋轉(zhuǎn)模塑制品的生產(chǎn)。 通過(guò)不飽和聚酯樹(shù)脂旋轉(zhuǎn)成型試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：不飽和聚酯樹(shù)脂旋轉(zhuǎn)模塑制品存在最大質(zhì)量問(wèn)題是壁厚不均勻及表面存在較多氣泡，問(wèn)題的產(chǎn)生與不飽和聚酯

4、樹(shù)脂的初始黏度和凝膠速度有關(guān)。與熱固性樹(shù)脂凝膠曲線相對(duì)應(yīng)可把旋轉(zhuǎn)模塑制品的形成過(guò)程分為成型前、成型期、缺陷形成期三個(gè)階段。本文還研究了正交試驗(yàn)研究樹(shù)脂初始黏度，凝膠速度與制品質(zhì)量的關(guān)系。研究結(jié)果表明：樹(shù)脂的初始黏度影響制品的厚度，樹(shù)脂的固化速度影響制品壁厚的均勻性，而通過(guò)正交試驗(yàn)的方法可為生產(chǎn)一定形狀和大小的制品確定合適的工藝參數(shù)。 本文進(jìn)行了長(zhǎng)纖維增強(qiáng)不飽和聚酯樹(shù)脂旋轉(zhuǎn)模塑試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)于長(zhǎng)纖維增強(qiáng)旋轉(zhuǎn)模塑制品，制

5、品壁厚均勻性控制不再是主要問(wèn)題，而制品表面氣泡控制是最為主要的工藝難題。針對(duì)這一問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了試驗(yàn)觀察和研究氣泡形成過(guò)程的裝置并進(jìn)一步研究了氣泡的形成機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)制品表面氣泡主要是由于樹(shù)脂浸潤(rùn)纖維速度不均勻性及樹(shù)脂浸潤(rùn)纖維的驅(qū)動(dòng)力過(guò)小產(chǎn)生的。本文通過(guò)增加樹(shù)脂在模具內(nèi)的流動(dòng)通道，改善樹(shù)脂浸潤(rùn)纖維速度不均勻性，制造出了表面沒(méi)有氣泡的制品。針對(duì)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)時(shí)，樹(shù)脂浸潤(rùn)纖維驅(qū)動(dòng)力過(guò)小的問(wèn)題，本文提出了高速旋轉(zhuǎn)成型技術(shù)，并進(jìn)行了成型工藝試驗(yàn)。試

6、驗(yàn)結(jié)果表明，模具高速旋轉(zhuǎn)能夠有效減少制品外表面氣泡數(shù)量，但卻在制品內(nèi)表面產(chǎn)生較多氣泡。通過(guò)對(duì)成型工藝進(jìn)行仿真模擬，可知這是由于模具旋轉(zhuǎn)速度過(guò)高引起的?？赏ㄟ^(guò)有限元仿真確定最佳模具旋轉(zhuǎn)速度。 論文最后還初步研究了液體原料旋轉(zhuǎn)發(fā)泡工藝，進(jìn)行了成型試驗(yàn)，并研究了工藝參數(shù)對(duì)發(fā)泡泡孔均勻性和大小的影響。試驗(yàn)表明：隨著主軸轉(zhuǎn)速的增大，制品外殼氣泡數(shù)量增多；異氰酸脂和聚醚的質(zhì)量比接近1：1，穩(wěn)定劑質(zhì)量比一般在0.5-5％之間時(shí)能夠得到泡孔密度

7、均勻致密的泡沫夾芯。 結(jié)合本文所做工作及得到的結(jié)論，本文有以下幾點(diǎn)創(chuàng)新： 1)首次使用旋轉(zhuǎn)模塑成型工藝制成了連續(xù)纖維增強(qiáng)不飽和聚酯樹(shù)脂復(fù)合材料制品。 2)首次研究了連續(xù)纖維增強(qiáng)旋轉(zhuǎn)模塑工藝中樹(shù)脂交聯(lián)固化的化學(xué)變化與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)物理變化的耦合問(wèn)題，獲得有價(jià)值的研究結(jié)論。 3)首次采用提高模具雙軸旋轉(zhuǎn)速度的方法，減少長(zhǎng)纖維增強(qiáng)時(shí)制品表面氣泡缺陷。 4)首次使用拉格朗日一格拉平流重構(gòu)算法基于有限單元法對(duì)旋轉(zhuǎn)