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工程塑料应用
工程塑料应用

王金立

月刊

1001-3539

epa@epa1973.com

0531-85878057

250031

济南市天桥区田庄东路3号

工程塑料应用/Journal Engineering Plastics ApplicationCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊为专业技术性刊物。报道国内外工程用树脂、塑料及其复合材料、功能材料等高分子材料的研究、开发、加工与应用等方面的科研成果及技术改进经验。主要栏目有材料、加工、应用、测试、综术、简讯等，读者对象为从事高分子材料科研、生产及应用的工程技术人员及相关专业高校师生。
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    小微注射成型模内熔体流变行为的原位监测方法及影响因素

    赵南阳金胜祥吴琼许忠斌...
    66-72页
    查看更多>>摘要：现有基于注塑机塑化单元的监测方法难以应用于模内熔体状态精确分析,尤其模内的流变监测手段受狭缝细微结构局限,存在实施困难和破坏制品表面质量的问题.提出一种利用注射成型模内细微流道本身结构特点开展熔体黏度原位监测的方法.通过在模内流道中布置测量模块,并集成可替换镶块结构,实现聚合物熔体加工流变性能的在线测量.研究了模内测量通道尺寸效应在不同工艺参数和通道结构下的变化规律,考察了塑化温度、注射压力和模具温度对熔融聚合物流动的影响.结果表明,随着通道内径的减小,测量通道的尺寸效应增大;而随着注射速率的增加和塑化温度的减小,尺寸效应也随之增大.监测得到的模内熔体黏度主要受塑化温度影响,受注射压力和模具温度的影响较小.模内熔体黏度原位监测方法有效表征了注射成型复杂细微结构模具内部的熔体状态,并且避免了模内监测元件布局对制品表面质量的影响.该方法拓展了模内加工流变学监测分析手段,为注射成型精密微结构制品质量调控提供了借鉴.

    注射成型模内监测加工流变学聚合物黏度

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    矿用超高分子量聚乙烯托辊结构与工艺优化及耐磨性能

    邱凤云刘向东邱新伟崔鹏...
    73-82页
    查看更多>>摘要：传统金属托辊用于带式输送机中存在诸多问题,如托辊与输送带之间磨损大、运行阻力大、自身质量大、使用寿命短、易损坏及密封性能差,这些问题在矿井等特殊环境更严重.为解决现有托辊问题,设计了一种新型超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)复合材料托辊.选择PE-UHMW为基体材料,对其进行阻燃和抗静电改性,研制出一种PE-UHMW双抗复合材料,用于制造矿用托辊产品.用ANSYS Workbench对PE-UHMW托辊和传统金属托辊进行静力学分析,有限元仿真结果显示PE-UHMW材料托辊在等效应力及质量上优于传统托辊,受力更安全,质量轻可降低运行阻力;然后改进并优化了PE-UHMW托辊结构,经多种方案对比,发现托辊辊筒内壁带圆形截面加强筋及圆环结构最优,弹性变形较小且受力均匀;通过响应面优化法得到加强筋的最佳尺寸为宽12.3 mm、高7.4 mm,圆环的最佳厚度为2.0 mm,优化后托辊应力较小,变形量较优化前减少了42.6%,质量与优化前相比变化不大,但比金属托辊减轻75%.设计了一体化挤出成型工艺,依据辊筒仿真结果设计挤出模具,并经正交试验选出了最佳工艺参数组合:机头温度为230℃、熔体压力为14 MPa、牵引速度为1.5 m/min,解决了PE-UHMW塑料挤出成型的难题.最后,通过本体取样对PE-UHMW双抗复合材料辊筒进行耐磨性能试验,其平均磨耗体积约为0.21 cm3,仅为极限值的30%,证明了辊筒力学性能优良,工艺过程可靠.

    超高分子量聚乙烯托辊有限元仿真优化设计挤出成型工艺

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    CFRP层合周期结构的阻尼性能

    张锦光刘海鑫窦玉宽文湘隆...
    83-88页
    查看更多>>摘要：碳纤维复合材料(CFRP)层合周期结构由于具有优异的阻尼性能,适用于多种减振装置,但是,其刚度、阻尼等振动特性会受到铺层方式的周期变化、纤维的非连续性等因素的影响.针对CFRP层合周期结构的特点,设计了一种沿长度方向单周期包含两个元胞的CFRP层合周期结构板,制备了相应试验件并进行了自由模态试验,研究该结构阻尼性能变化规律.实验结果表明,随着周期个数与元胞单元厚度占比的增加,一阶和二阶阻尼损耗因子逐渐变大,一阶和二阶弯曲固有频率逐渐下降;保持CFRP层合周期结构中一个元胞的铺层角度不变,随着另一个元胞铺层角度的增加,一阶、二阶阻尼损耗因子都呈现先增大后减小的趋势,一阶和二阶弯曲固有频率在铺层角度为15°时达到最大值,之后随着铺层角度的增加呈现出轻微上下波动的变化,并未出现较大波动.当CFRP层合周期结构板元胞单元厚度占比为50%、周期个数为4时,相比于传统的CFRP层合板,前两阶弯曲模态下的阻尼损耗因子分别提高19.59%和15.63%,通过三点弯曲试验测试结果得知,该结构弯曲刚度相比传统CFRP层合板降低18.21%.

    碳纤维复合材料周期结构阻尼固有频率刚度

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    短切碳纤维增强聚醚醚酮真空FDM工艺参数优化

    王熙泽周佐新刘腾飞
    89-96页
    查看更多>>摘要：在轨3D打印是一种在极端空间环境条件下的新型太空制造技术,具有非常广阔的应用前景.太空中真空环境下材料散热方式主要以辐射散热为主,从成型模块挤出的高温熔体在冷却过程中会经历与地面打印不同的热历史,最终影响打印件的力学性能.为此,采用有限元分析的方法,建立真空环境下短切碳纤维增强聚醚醚酮(PEEK)材料在成型模块中的热分析模型,通过对材料在成型模块流道内的温度场分析,探究真空环境下短切碳纤维增强PEEK熔融成型的热传导规律.结合仿真分析结果,采用正交实验法开展短切碳纤维增强PEEK熔融沉积成型3D打印工艺参数优化的实验设计,对实验结果开展极差分析和单因素试验分析,建立最优的工艺策略,以保证真空环境下打印的试件具有优异的力学性能.有限元分析结果表明,在380～410℃范围内加热块温度对材料在成型模块内熔融过程的影响不显著,而送线速度越大材料的熔融过程越不充分,打印短切碳纤维增强PEEK树脂材料应保持送线速度不超过8 mm/s.实验结果表明,对于拉伸强度,最优的工艺参数组合为加热块温度390℃、扫描间距0.6 mm、分层厚度0.2 mm、打印速度20 mm/s;对于拉伸弹性模量,最优的工艺参数组合为加热块温度410℃、扫描间距0.6 mm、分层厚度0.2 mm、打印速度30 mm/s.

    太空制造在轨3D打印熔融沉积成型复合材料工艺参数力学性能

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    法兰轴管一体成型的全碳纤维复合材料传动轴制备与扭转试验

    聂慧阳倪德刘之扬文湘隆...
    97-102页
    查看更多>>摘要：现有碳纤维复合材料传动轴通常由金属法兰与碳纤维复合材料轴管组成,金属法兰因其质量大,且需采用胶接或铆接形式与轴管进行连接,会增加启动或制动时的惯性,影响整体性能.因此,开展了法兰轴管一体成型的全碳纤维复合材料传动轴制备与扭转试验研究,采用轴管卷料及法兰翻边与环包工艺制备全碳纤维复合材料传动轴,其全长为1 980 mm,传动轴铺层方案为[(±45°)32/45°],然后进行了静扭试验及扭转疲劳试验验证.由试验结果可得,全碳纤维复合材料传动轴在12 000 N·m静扭试验下,未发生破坏,测得其扭转刚度为1.93×105 N·m/rad;全碳纤维复合材料传动轴在20万次扭转疲劳试验中未发生破坏,满足正常工作要求,扭转疲劳试验中最大剩余扭转刚度为2.02×105 N·m/rad,最小剩余扭转刚度为1.89×105 N·m/rad.

    碳纤维复合材料传动轴法兰轴管一体成型扭转刚度扭转疲劳特性

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    基于CAE优化的烟雾报警器外壳注塑模具设计

    梁蓓肖国华卢云祥李香芬...
    103-109页
    查看更多>>摘要：针对烟雾报警器塑件浇口开设困难、局部特征脱模困难、成型精度等级要求高等模具设计难题,为实现塑件的自动化注塑生产,首先在基于塑件设计制造分析的技术路线基础上,针对塑件的成型进行模具结构件布置可行性分析,而后运用CAE分析手段对单腔模腔进行了浇注、冷却系统的优化设计.优化后的单腔浇注系统中,使用单点牛角浇口进行浇注,在进浇口直径为0.8 mm的条件下,模腔的注射时间为0.558 4 s左右,充填压力为30 MPa左右,流动前沿温差为3.8℃,浇口冻结时间为11.57 s,翘曲变形小于0.25 mm,注塑周期能控制在36.65 s内.基于CAE分析所设计的模具为一模两腔布局、冷流道两板式结构,单次开模,单次顶出.模具中针对塑件侧直壁使用了侧抽芯滑块进行成型和脱模以保证该直壁的外观完整,针对局部狭小位置空间既有侧孔又有倒勾的情况,采用集中脱模设计法设置一个多成型特征斜顶实施侧抽芯脱模.为便于模具制造,在滑块上增加临时固定螺杆,从而在配模时有利于滑块分型面的修配,另外在推板上加装拉杆以便于推板上众多顶出元件的安装.

    烟雾报警器CAE分析设计制造分析报告斜顶滑块推管注塑模具设计

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    矿用无线采集仪外壳双色注塑模具设计

    黄继战范玉肖根先
    110-116,143页
    查看更多>>摘要：在分析某矿用无线采集仪外壳工艺性能的基础上,采用分体式结构和一模两腔布局,设计了一副定模滑块抽芯的三板式双色模具.为实现此产品的先后两次注射成型,设计了两组不同结构的型腔和两组相同结构的型芯;针对该产品部分外表面位于动模型腔的设计难题,采用定模抽芯的方法将前壳类圆锥外表面的下半部分转为定模型腔成型,设计了定模"弯销+滑块"抽芯结构;针对前壳的型芯较高且根部存在窄缝的情况,将此型芯设计成镶件,节省了高价材料且便于加工.两次注射成型的浇注系统均采用单一点浇口进料的点浇口浇注系统,并利用软件Mold-flow2021分析确定了合适浇口的位置,验证了浇注系统设计的合理性,进而可减少修模次数.针对该产品内螺纹倒扣的设计难点,将螺纹型芯设计成活动镶件,即在定模滑块和螺纹型芯内部加工带凸起的六方通孔,用销钉将带凹槽的六方轴固定于滑块,螺纹型芯可通过六方孔套入或抽出六方轴,由此简化了模具结构.该模具已投入生产,其运行顺畅、平稳,生产的双色产品质量良好.

    外壳双色注塑模具一模两腔点浇口抽芯机构螺纹型芯

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    基于Moldflow的汽车抽屉内板注塑模具设计

    廖艳袁博李广威
    117-123页
    查看更多>>摘要：采用Moldflow软件对汽车抽屉内板的模流过程进行深入分析和优化,依据模拟分析的详尽结果与塑料件独特的结构特性,设计了1点开放式热流道浇注系统方案,预测了在塑件注射成型过程中可能遇到的问题,最后设计出一模一腔的热流道注塑模具.为了克服注射成型后塑件筋位对滑块产生过强包紧力导致的脱模难题,设计了一种滑块内置顶针复合抽芯机构,该机构融合了"滑块+顶针+弹簧+滑动块"的多元组件,通过实施两次分步抽芯策略,有效防止了塑件被滑块粘住.导向定位系统通过运用"导柱导套+定模板定位"的策略,实现了模具在开启与闭合过程中的精确无误及可靠复位功能.为了高效驱动并复位顶出机构,采用了"顶辊+氮气弹簧"的组合方式,与采用液压油缸方式相比,顶出复位时间降低约25%.设计了一种近似"随形水路"的冷却系统,形成了一个立体且密集的三维网格状冷却网络,增强了冷却效果,成型周期缩短约8%.模具投入生产后,运行表现稳定可靠,所生产的塑件质量完全达到既定标准,这为同类结构塑件的模具设计提供了参考.

    汽车抽屉内板滑块内置顶针模流分析热流道系统

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    绝缘材料热老化对电缆终端接头典型缺陷处电场畸变的影响

    黄博杨铭远聂永杰赵学童...
    124-132页
    查看更多>>摘要：电缆终端接头是电力电缆输电系统的重要组成部分,为了获得绝缘材料老化对电缆终端接头内部缺陷电场强度分布的影响,选用国产10 kV交联聚乙烯(XLPE)电缆及硅橡胶(SIR)冷缩式电缆终端接头开展研究.首先,对电缆终端接头内的绝缘材料XLPE和SIR在150℃条件下进行16 d的热老化,并测试其在老化前后的相对介电常数和电导率.同时,基于COMSOL Multiphysics软件建立了10 kV电缆终端接头的三维仿真模型,根据上述试验结果设置热老化前后的绝缘材料参数,并利用该模型设置了3种典型缺陷,包括外半导电层错位、主绝缘划痕和尖端金属,分析了不同位置和不同尺寸的缺陷在绝缘材料老化状态下的电场强度分布情况.结果表明,XLPE和SIR在热老化处理后相对介电常数分别从2.5和2.85提高到4.4和3.21,且由于绝缘材料的老化,电缆终端接头的内部电场发生明显畸变,特别是在XLPE和SIR界面处电场畸变显著.另外,热老化后的电缆终端接头在3种典型缺陷条件下,电场畸变率明显提高,外半导电层错位、主绝缘划痕和尖端金属缺陷处电场强度最大值分别提高到5.26,3.5,16.91 kV/mm,较未老化状态下提高了17.41%,6.38%和21.83%.绝缘老化加剧了缺陷处的电场畸变程度,进一步影响了电缆运行的安全性和可靠性,增加了电缆发生故障的风险.

    电缆终端接头交联聚乙烯电缆硅橡胶热老化典型缺陷仿真计算电场强度分布

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    连续纤维增强聚合物基复合材料CAE仿真材料参数测试方法

    卢卓李树虎徐井利王荣惠...
    133-143页
    查看更多>>摘要：针对复合材料参数,目前大多数标准测定的性能数据更适合于产品检验和质量控制,标准适用范围往往未明确适用于设计端使用,导致计算机辅助工程(CAE)分析设计时难于参考使用.总体而言,在复合材料CAE仿真过程中,目前依然存在所需材料参数不明确、测试方法不明晰、缺少完整的测试体系等问题.鉴于此,针对层合板与织物两种形式的连续纤维增强聚合物基复合材料,介绍了其弹性本构参数以及强度参数原理,明确了CAE动静态仿真分析所需材料参数,对比分析了拉伸测试、压缩测试、剪切测试的国内与国外测试标准,指出了目前各种测试标准在设计方面存在的不足.最后,在美标及国际标准基础上改进并建立了一套完整的连续纤维增强聚合物基复合材料CAE仿真分析用材料参数测试方法,使测定性能数据更适用于CAE分析设计使用.

    连续纤维增强聚合物基复合材料材料参数测试方法复合材料织物复合材料层合板

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