氣體輔助共注塑工藝的數(shù)值模擬與實驗研究.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）的先進聚合物成型工藝，可用于制備多層復合中空塑料制品。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，成型機理較復雜，而國內外相關研究報告相對較少。

2、基于此，本文利用數(shù)值模擬和實驗方法研究其成型機理，為該工藝的發(fā)展提供理論依據(jù)和技術支持。
　　論文主要研究工作與結論如下：
　?。?）概述了GACIM工藝及其相關工藝的原理、過程、特點及研究、應用狀況，確定了本文的主要研究內容。
　?。?）基于流變學、流體動力學理論，根據(jù)GACIM充填過程的特點，通過合理的假設，建立了GACIM充填過程的控制方程組，采用Cross-WLF粘度模型。對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)有的注射機和氣體注射設備，通過自主設計高壓注氣針以及注塑模，構建了GACIM實驗平臺。模具為鑲拼結構，以便考察不同的型腔幾何。
　　（4）借助CFD流體分析軟件，建立了二維軸對稱模型，對圓直管件溢流法GACIM工藝進行數(shù)值模擬。主要研究了工藝參數(shù)（注氣延遲時間、注氣壓力、內層熔體注射溫度、內層熔體注射延遲時間和內層熔體注射壓力）對GACIM制件成型質量的影響，并進行

4、了實驗驗證。研究表明：制件的的總殘余壁厚隨著注氣壓力、內層熔體注射溫度和內層熔體注射壓力的增加而減小，隨著注氣延遲時間和內層熔體注射延遲時間的增加而增加；內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GACIM制件成型質量的差異，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。通過正交實驗法分析發(fā)現(xiàn)影響GACIM制件成型質量最為重要的兩個工藝參數(shù)是注氣延遲時間和注氣壓力。
　?。?）對不同彎角角度（6

5、0°、90°和120°）GACIM管件的進行數(shù)值模擬與實驗研究。模擬發(fā)現(xiàn)：氣體總是沿著彎角內側流動，由于外側溫度降低幅度較內側大，所以彎角處的內側總殘余壁厚總是較外側的薄。實驗研究表明，彎角處的內、外側殘余壁厚隨著彎角角度的增大而減小，殘余壁厚的波動性也隨著角度的增加而減?。蛔庋舆t時間和注氣壓力對彎角處內、外側總殘余壁厚的影響主要是表現(xiàn)為內層熔體殘余壁厚的變化。
　　（6）對異形截面GACIM管件進行了三維數(shù)值模擬和實驗研究，模