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尼龙6及其纳米复合材料水辅助注塑研究

作　者: 周伟文
导　师: 黄汉雄
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 水辅助注塑尼龙6 尼龙6/蒙脱土纳米复合材料水穿透长度残留壁厚模拟晶体结构结晶性能
分类号: TQ320.662
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

水辅助注塑(WAIM)利用高压水实现充模、保压和冷却,具有缩短成型周期、减小或消除制品翘曲与缩痕、节省原材料、降低成本等优点,具有广阔的应用前景,但还有较多的问题有待深入研究。目前对WAIM的研究,已逐渐从构建系统设备和优化工艺参数,转向研究制品的多层次结构形态,希望通过控制其最终形态,更好地提高制品的性能。本文首先研究熔体注射量、熔体温度、延迟时间和注水压力对WAIM尼龙6(PA6)/蒙脱土(MMT)纳米复合材料制品水穿透长度、残留壁厚和壁厚偏差率的影响。结果表明:增加熔体注射量时,水穿透长度迅速下降;提高熔体温度、注水压力和减小注水延迟时间,水穿透长度减小;随着工艺参数的变化,WAIM PA6/MMT制品近浇口端和远浇口端位置的残留壁厚和壁厚偏差率表现出不同的变化规律。与WAIM PA6/MMT制品相比,WAIM PA6制品的水穿透长度较大、残留壁厚较大、壁厚偏差率较小。其次,采用ANSYS软件对WAIM的冷却过程进行计算机模拟。模拟结果表明:在冷却前期,表层熔体冷却最快、水道层次之、芯层最慢;而在冷却后期,芯层冷却速率超过水道层。最后,采用差示扫描量热仪(DSC)和广角X射线衍射仪(XRD),研究WAIM PA6制品、PA6/MMT纳米复合材料制品在近浇口端和远浇口端的晶体结构和结晶性能,以及研究工艺参数对PA6制品远浇口端水道层晶体结构的影响。结果表明:表层因冷却较快易形成γ晶,且沿制品壁厚方向,随离模壁距离增大,γ/(α+γ)值(γ晶与总结晶的含量比)先减小后增大。增加注水延迟时间和熔体温度,PA6制品远浇口端位置水道层的α晶含量增加,γ晶含量减小,γ/(α+γ)值减小。此外,通过DSC测试发现,PA6制品表层和水道层的结晶度较低,而中芯层的结晶度较高,近浇口端位置各层的结晶度差异较大,远浇口端位置各层的结晶度差异较小。表层和水道层的熔融曲线均出现代表重结晶的低温放热峰。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
物理名称与符号表  9-13
第一章绪论  13-24
  1.1 水辅助注塑的基本原理和优点  13-14
  1.2 水辅助注塑的应用现状概述  14
  1.3 水辅助注塑的研究现状概述  14-17
    1.3.1 水辅助注塑制品水穿透长度、壁厚和流动行为研究概述  14-15
    1.3.2 水辅助注塑数值模拟的研究概述  15-16
    1.3.3 水辅助注塑中聚合物的结晶行为  16-17
  1.4 PA6 的基本特性及晶体结构  17-19
    1.4.1 PA6 的基本特性  17
    1.4.2 PA6 的晶体结构  17-19
  1.5 PA6 结晶行为的研究进展概述  19-23
    1.5.1 PA6 晶体结构  19
    1.5.2 普通注塑PA6 的晶体结构  19-21
    1.5.3 振动注塑PA6 的晶体结构  21-22
    1.5.4 微孔注塑PA6 的晶体结构  22-23
  1.6 本论文研究的意义与主要内容  23-24
第二章实验设备与材料及样品表征  24-34
  2.1 水辅助注塑设备  24-26
    2.1.1 注塑系统  25
    2.1.2 注水系统  25-26
  2.2 实验材料  26-27
  2.3 制品的注塑条件  27-28
    2.3.1 制品残留壁厚和水穿透长度实验  27
    2.3.2 制品结晶行为实验研究  27-28
  2.4 样品测试与表征  28-33
    2.4.1 水辅助注塑制品水穿透长度、壁厚的测量与计算  28-30
    2.4.2 PA6 及PA6/MMT 复合材料制品晶体结构的观察  30-31
    2.4.3 制品结晶性能的测试  31-32
    2.4.4 制品广角X 射线衍射测试  32
    2.4.5 毛细管剪切流变性能测试  32-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章水辅助注塑PA6/MMT 复合材料弯管的穿透长度和壁厚研究  34-45
  3.1 剪切流变性能  34-35
  3.2 工艺参数对PA6/MMT 制品水穿透长度的影响  35-37
  3.3 工艺参数对PA6/MMT 制品残留壁厚的影响  37-40
  3.4 工艺参数对PA6/MMT 制品壁厚偏差率的影响  40-42
  3.5 PA6/MMT 和PA6-Ⅱ制品的水穿透长度和壁厚  42-44
  3.6 本章小结  44-45
第四章水辅助注塑制品冷却过程温度场的模拟  45-59
  4.1 ANSYS 软件简介与传热学基本理论  45
    4.1.1 ANSYS 数值模拟软件简介  45
    4.1.2 热传递的基本理论  45
  4.2 制品冷却过程物理和数理模型的建立  45-48
    4.2.1 物理模型的建立  45-47
    4.2.2 数学模型求解的相关假设  47-48
    4.2.3 数学模型的建立  48
  4.3 水辅助注塑制品温度场数值模拟  48-58
    4.3.1 模拟前处理  48-51
    4.3.2 模拟结果与分析  51-58
  4.4 本章小结  58-59
第五章水辅助注塑PA6 和PA6/MMT 复合材料弯管结晶行为研究  59-78
  5.1 模压PA6 及其纳米复合材料样品的结晶行为  59-63
  5.2 水辅助注塑PA6 及其纳米复合材料弯管的晶体结构和结晶性能  63-74
    5.2.1 水辅助注塑PA6 弯管的结晶性能  63-66
    5.2.2 水辅助注塑PA6 及其纳米复合材料弯管的晶体结构  66-74
  5.3 工艺参数对水辅助注塑 PA6 弯管晶体结构的影响  74-77
    5.3.1 延迟时间  74-75
    5.3.2 熔体温度  75-77
  5.4 本章小结  77-78
结论  78-80
参考文献  80-85
攻读硕士期间取得的研究成果  85-86
致谢  86

尼龙6及其纳米复合材料水辅助注塑研究

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