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基于注塑装备的聚合物PVT关系测控技术的研究

作　者: 王建
导　师: 杨卫民
学　校: 北京化工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 注塑成型聚合物PVT关系在线测试状态方程过程控制
分类号: TQ320.662
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

聚合物的PVT(压力-比容-温度)关系是进行制品注塑成型流动分析、注塑成型制品模具设计和注塑成型过程控制及工艺分析的主要依据,其在聚合物加工成型领域尤其是精密注塑成型领域的作用日趋重要。本文首先研制了聚合物PVT关系在线测试实验设备,提出了一种基于注塑装备的聚合物PVT关系在线测试技术,测试了多种聚合物材料的PVT关系数据；其次利用聚合物PVT状态方程非线性回归和拟合了实验数据,得到了相应的状态方程参数,丰富了多种聚合物材料的PVT关系数据库；最后研究提出了一种基于注塑装备的聚合物PVT关系在线控制技术,开发了多种注塑成型过程控制技术,在提高注塑成型制品质量和重复精度方面,通过实验证明了该控制技术的有效性。主要工作如下：1.研制了聚合物PVT在线测试实验设备,研发了一种新的基于注塑装备的聚合物PVT关系在线测试技术。这种新的测试技术可以利用注塑成型装备直接获得模具型腔中聚合物的PVT数据,测试温度为常温-160℃,测试压力范围为常压-200MPa,加热速度可达15℃／min,测试精度在0.3%以内。由于测试条件贴近工业加工条件,因此得到的数据反映了在注塑成型工艺条件下聚合物的PVT关系。利用初期的聚合物PVT关系在线测试设备进行实验研究,验证了这种新的在线测试技术的可行性,得到了不同种类聚合物(无定形聚合物ABS、PS,半结晶型聚合物LDPE、PP、PA 6)的PVT关系数据。以初期的实验设备为基础改进了测试设备的结构性能,研发了新的测试设备。通过实验验证了在温度测试范围和密封性方面新测试设备的优越性,得到了多种不同牌号的PP、21%滑石粉填充PP和33%玻璃纤维填充PA 66的PVT关系数据。同时,分析讨论了该技术的优缺点,研究了测试样品形状要求、填加剂对聚合物PVT关系的影响规律,分析了同种类不同牌号的聚合物PVT关系、测试方法、过程和条件的影响等。2.以聚合物PVT关系在线测试数据为基础,应用修正的双域Tait状态方程处理了测试得到ABS、PS、LDPE、PP、PA 6、PA66等聚合物的PVT关系数据；得到了状态方程的相关参数值和聚合物PVT关系拟合数据,丰富了聚合物材料的PVT关系数据库,丰富了我国在此领域的数据资源,为开发我国注塑成型CAE数值模拟软件提供了数据支撑。提出了一种新的聚合物PVT状态方程,即修正的双域Spencer状态方程,相对于Spencer状态方程,其可以更加准确的描述无定形聚合物的PVT关系；相对于其他通过经验方法建立的状态方程,应用起来则更加简单方便。利用两种不同的测试方法得到的聚合物PVT关系数据,结合修正的双域Tait状态方程,数值模拟了注塑成型过程。比较实验与数值计算结果发现,利用在线测试技术得到的PVT关系数据进行数值分析得到的制品收缩和翘曲结果都更接近实验结果,进一步证明了聚合物PVT关系在线测试技术的优越性。3.以注塑成型过程控制技术为基础,提出了基于注塑装备的聚合物PVT关系控制技术原理,开发了一系列新的注塑成型过程控制技术,包括：熔体压力V／P转压、熔体温度V／P转压、保压结束点熔体压力控制、保压结束点熔体温度控制、聚合物PVT关系在线控制技术——保压过程熔体温度控制、多参数组合式控制。进行了一系列工艺实验,研究了模具温度、传感器位置、参数设置及其影响,研究了新的注塑成型过程控制技术的特点和工艺性能。实验研究表明,新的控制技术不同程度地提高了制品质量和重复精度。聚合物PVT关系在线控制技术,能够在不控制模具温度的条件下,将常规控制技术得到的制品质量重复精度0.19683%提高到0.05494%。

全文目录

学位论文数据集  3-4
摘要  4-7
ABSTRACT  7-21
第一章绪论  21-30
  1.1 注塑成型技术发展现状  21-22
  1.2 聚合物PVT关系  22-24
  1.3 聚合物PVT关系在注塑成型CAE数值模拟中的作用  24-25
  1.4 聚合物PVT关系在精密注塑成型过程控制中的作用  25
  1.5 聚合物PVT关系描述注塑成型过程  25-27
  1.6 研究目的和意义  27-28
  1.7 研究主要内容  28-30
第二章基于注塑装备的聚合物PVT关系在线测试技术  30-60
  2.1 引言  30-31
  2.2 聚合物PVT关系测试技术研究进展  31-40
    2.2.1 常规的聚合物PVT关系测试技术  31-34
    2.2.2 改进的聚合物PVT关系测试技术  34-37
    2.2.3 基于注塑成型机/挤出机的聚合物PVT关系测试技术  37-39
    2.2.4 其他聚合物PVT关系测试技术  39-40
  2.3 基于注塑装备的聚合物PVT关系在线测试技术  40-45
    2.3.1 概述  40-41
    2.3.2 设备介绍  41-43
    2.3.2 测试过程  43-45
    2.3.3 优缺点分析  45
  2.4 实验研究  45-51
    2.4.1 实验设备  46-47
    2.4.2 实验测试条件  47
    2.4.3 实验材料及样品  47-48
    2.4.4 实验结果与讨论  48-51
  2.5 结构性能改进与实验研究  51-58
    2.5.1 新的聚合物PVT关系在线测试设备的开发  51-53
    2.5.2 实验设备  53
    2.5.3 实验测试条件  53
    2.5.4 实验材料及样品  53-54
    2.5.5 实验结果与讨论  54-58
  2.6 本章小结  58-60
第三章聚合物PVT状态方程及其应用  60-88
  3.1 引言  60
  3.2 聚合物PVT状态方程的建立  60-70
    3.2.1 经验方法建立的聚合物PVT状态方程  61-62
    3.2.2 半经验方法建立的聚合物PVT状态方程  62-68
    3.2.3 理论方法建立的聚合物PVT状态方程  68-70
  3.3 修正的双域Tait状态方程的应用  70-78
    3.3.1 修正的双域Tait状态方程  70-71
    3.3.2 修正的双域Tait状态方程参数的非线性回归  71-73
    3.3.3 用修正的双域Tait状态方程拟合聚合物PVT关系  73-76
    3.3.4 用修正的双域Tait状态方程参数描述聚合物PVT关系  76-78
  3.4 修正的双域Spencer状态方程的建立与应用  78-80
    3.4.1 修正的双域Spencer状态方程的建立  78-79
    3.4.2 修正的双域Spencer状态方程的应用  79-80
  3.5 在注塑成型CAE数值模拟中的应用  80-87
    3.5.1 利用状态方程参数建模  80-81
    3.5.2 注塑成型实验  81-82
    3.5.3 注塑成型CAE数值模拟  82-85
    3.5.4 数值模拟结果与实验结果的比较  85-87
  3.6 本章小结  87-88
第四章基于注塑装备的聚合物PVT关系控制技术  88-138
  4.1 引言  88-90
  4.2 注塑成型过程控制技术研究进展  90-96
    4.2.1 注塑成型V/P转压控制技术  90-93
    4.2.2 注塑成型PVT保压过程控制技术  93-96
  4.3 聚合物PVT关系控制理论  96-100
    4.3.1 注塑成型过程中聚合物PVT关系与压力变化情况  96-97
    4.3.2 基于注塑装备的聚合物PVT关系控制技术原理  97-100
  4.4 实验设备及材料  100-103
    4.4.1 实验设备  100-103
    4.4.2 实验材料  103
  4.5 利用熔体压力进行V/P转压控制的实验研究  103-111
    4.5.1 熔体压力转压控制方式  103
    4.5.2 实验参数设置及性能测试  103-104
    4.5.3 实验结果与讨论  104-111
  4.6 利用熔体温度进行V/P转压控制的实验研究  111-119
    4.6.1 熔体温度转压控制方式  111
    4.6.2 实验参数设置及性能测试  111-113
    4.6.3 实验结果与讨论  113-119
  4.7 注塑成型保压结束点控制方式的实验研究  119-125
    4.7.1 注塑成型保压结束点控制方式  119-120
    4.7.2 利用熔体压力进行保压结束点控制的实验研究  120-122
    4.7.3 利用熔体温度进行保压结束点控制的实验研究  122-125
  4.8 聚合物PVT关系在线控制技术的实验研究  125-132
    4.8.1 基于注塑装备的聚合物PVT关系在线控制技术  125-126
    4.8.2 聚合物PVT关系在线控制步骤及主要成型工艺  126
    4.8.3 实验参数设置及性能测试  126-127
    4.8.4 实验结果与讨论  127-131
    4.8.5 优缺点分析  131-132
  4.9 多参数组合式控制技术的实验研究  132-136
    4.9.1 多参数组合式控制技术  132
    4.9.2 常规信号参数组合控制技术  132-134
    4.9.3 熔体压力参数组合控制技术  134-136
  4.10 本章小结  136-138
第五章结论与展望  138-142
  5.1 结论  138-140
  5.2 展望  140-142
参考文献  142-152
附录  152-164
致谢  164-165
研究成果及发表的学术论文  165-168
  发表及已接受的论文  165-166
  著作及专利  166-167
  参与项目  167-168
作者和导师简介  168-169
北京化工大学博士研究生学位论文答辩委员会决议书  169-170

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