叶片注塑机塑化注射过程能量传递研究

论文摘要

注塑成型加工是塑料成型加工的主要方法之一,注塑成型机械普遍采用往复式螺杆注塑机,其输运机理主要是基于剪切流场的拖曳流动,这种塑化输运方法普遍存在物料所经历的热机械历程长、能耗高、设备结构大、对物料依赖性强等缺陷。华南理工大学瞿金平教授最新研制的聚合物叶片注塑机,使物料在塑化输运过程中受拉伸应力支配,从而解决了上述问题。该加工方法,使得聚合物注塑成型加工的理论发生了重大变化,特别是注塑成型过程中能量传递理论。本文中,建立了叶片单元内的聚合物熔融模型并得到了近似解析解;基于叶片注塑机的工作原理,对聚合物熔体经螺线槽模腔注射充模过程进行了理论分析,并获得了充模过程中压力传递的方程表达式,通过螺线槽模腔充模实验,对注射充模能量传递理论进行了实验验证,理路和实验研究表明:理论和实验具有较好的一致性,叶片注塑机叶片单元内熔融速率与叶片本身的结构参数以及转速有关。最后,设计了叶片注塑机注射功耗正交实验,通过分析得出各个注射工艺参数对注射功耗的影响程度,得出注射功耗最低的工艺参数组合。实验研究表明:叶片注塑机叶片单元内熔融速率与叶片本身的结构参数以及转速有关;叶片注塑机注射过程中喷嘴温度、注射速率、保压压力对注射功耗的影响最大。对于注射能耗影响最大的参数分别进行单因素变动实验,得到了注射功耗随各个工艺参数变化的规律。本文所提出来的理论模型,以及注射工艺参数对注射功耗的影响规律,对掌握挤基于拉伸流变的聚合物塑化熔融过程的规律,指导基于拉伸流变塑化输运方法设备的设计以及生产实践提供重要的指导依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 注塑机注射过程能量传递的研究
• 1.2.1 传递注塑机预塑化过程的研究
• 1.2.2 传统注塑机注射充模过程的研究
• 1.2.3 聚合物动态注射成型能量传递的研究
• 1.3 拉伸流场在聚合物成型加工中的应用
• 1.3.1 聚合物成型加工中拉伸流场的研究
• 1.3.2 拉伸流场作用下塑化输运技术的研究
• 1.4 课题研究的目的和意义
• 1.5 课题研究的主要内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 叶片注塑机结构及工作原理
• 2.1 叶片注塑机的基本结构
• 2.2 预塑化系统基本结构及工作原理
• 2.3 注射系统工作原理和基本结构
• 2.4 本章小结
• 第三章 叶片塑化单元聚合物熔融塑化过程的研究
• 3.1 叶片单元基本基本参数
• 3.1.1 叶片矢径
• 3.1.2 叶片单元封闭容腔体积
• 3.2 叶片单元聚合物熔融塑化过程近似简化模型
• 3.3 叶片单元聚合物熔融塑化过程近似数学解析
• 3.3.1 熔膜简化运动模型的建立
• 3.3.2 叶片槽圆环隙轴向挤压流动
• 3.3.3 叶片槽圆环缝隙周向流动
• 3.3.4 传热模型数学解析
• 3.4 Δθ角度上质量平衡关系
• 3.5 熔膜厚度与熔融速率
• 3.6 能耗分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 叶片注塑机螺线槽模腔充模能量传递过程
• 4.1 叶片注塑机注塑充模过程物理、数学模型
• 4.2 熔体在流道中的流动
• 4.3 熔体在模腔中的流动
• 4.4 螺线槽模腔充模能耗分析
• 4.4.1 流道与模腔结合后的压力传递分析
• 4.4.2 螺线槽充模能耗分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 实验研究
• 5.1 实验原料及仪器
• 5.1.1 实验原料
• 5.1.2 实验设备
• 5.3 叶片注塑机螺线槽模具充模试验
• 5.4 注射能耗正交试验及单因素实验
• 5.4.1 正交试验设计简介
• 5.4.2 正交实验方案与实验
• 5.4.3 注射工艺参数单因素实验
• 5.5 本章小结
• 第六章 结果与讨论
• 6.1 叶片单元聚合物塑化熔融过程
• 6.2 螺线槽模具充模实验结果分析
• 6.3 正交试验结果分析及基于正交试验的单因素分析
• 6.3.1 正交实验极差分析
• 6.3.2 正交实验方差分析
• 6.3.3 单因素变动实验结果分析
• 结论与展望
• 一.主要结论
• 二.研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢