高密度聚乙烯注塑成型冷卻過程中溫度分布及結晶行為的研究.pdf

1、該工作系統(tǒng)地研究了高密度聚乙烯(HDPE)注塑成型冷卻過程中的溫度分布規(guī)律及結晶行為,對成型試樣不同位置的溫度變化狀況以及結晶行為變化狀況進行了數(shù)學模擬,為定量探討聚合物在成型加工過程中的物理變化,以便優(yōu)化工藝條件及成型優(yōu)異性能的制品奠定了科學基礎.基于高密度聚乙烯結晶速率快、結晶結構受外界影響較小的特點,將HDPE在注塑成型中表現(xiàn)的非等溫、復雜流體的現(xiàn)象視為靜止狀態(tài)下的非等溫降溫過程.結晶型聚合物的相變過程具有一明顯不同于小分子物質的

2、特點,即相變時要求具有一定的過冷度,因此,在借鑒Stefan小分子相變問題的冷卻模型上,引入了結晶誘導時間,首次提出了改進相變溫度法,建立了分別描述熔體、固體及固液相界面的數(shù)學模型.方程中引入熱焓E和參數(shù)T后,將帶耦合條件的熱傳導方程轉變?yōu)榉蔷€性拋物型方程,有限差分離散后,用MATLAB獲得了PE的三維溫度場,這為探討帶相轉變的熱傳導問題提供了一種有效的數(shù)值方法.并經(jīng)制品為4mm厚芯層處溫度的理論與實驗值的比較后證明,改進相變溫度法能科

3、學描述結晶型聚合物在注塑成型冷卻階段的熱歷史.為了描述HDPE在變溫情況下的結晶行為,在引入結晶誘導時間后,比較了Nakamura法和Dutta法模擬HDPE等速降溫的結晶動力學,其中以Nakamura法模擬結果與差示掃描量熱法(DSC)的實驗結果一致性好.對Nakamura方程進行適當變形后,可得到如下形式的方程:log[-log(1-X(t))]=logC+nlogf(t).這可利用試差法與線性回歸分析相結合的方法,能從HDPE等速

4、降溫DSC實驗中直接獲取結晶動力學參數(shù)n、C及Kg.最后,按照Nakamura方程以及獲得的HDPE在冷卻過程中所經(jīng)歷的溫度變化,模擬出HDPE在成型時冷卻階段結晶度的變化規(guī)律,研究結果表明表層處產(chǎn)生結晶結構的時間最早,剪切層處的結晶度相對最高,芯層處結晶度增長的速度最快,這說明隨著冷卻的持續(xù)進行,芯層的結晶度會超過剪切層而達到最大.在此基礎上,進一步討論了充模溫度、模具溫度以及制品尺寸對體系芯層與剪切層不同層面上的冷卻情況及結晶度變化