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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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    基于改进粒子群PID的CFRP感应加热升温调控

    闫珊付天宇古云飞杨宁...
    72-80页
    查看更多>>摘要：碳纤维复合材料(CFRP)在日常生活中的应用日益广泛,传统的固化成型方式,升温速率较慢、能量损耗较高、污染严重,因此采用了基于电磁感应加热方式对CFRP进行加热升温.但CFRP因其复合结构和感应加热升温特性,热量由纤维织构中产生逐渐向外扩散,导致了其加热过程中温度场变化存在一定的滞后性.以CFRP等效电磁热特性建立了CFRP有限元细观模型,系统分析了平纹编织结构的CFRP在加热过程中的升温机理、温度场分布状态及表面温度的滞后性的变化规律.同时,建立了宏观层合模型模拟计算了CFRP层间热传导过程以及层间温度传导的滞后性,揭示了CFRP平板在感应加热作用下热量的产生及热量在纤维和树脂之间的传导规律,验证了CFRP在感应加热过程中温度变化的滞后性.因此提出了基于改进惯性权重参数的粒子群PID控制方式,该方式降低了材料加热过程中温度超调量,提高了加热过程中的抗干扰能力,并通过实验验证了该算法对不同加热温度及不同厚度的CFRP平板在感应加热过程中温度控制的效果较好.

    碳纤维复合材料温度控制温度场感应加热

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    热熔焊接工艺参数对聚乙烯燃气管道焊接残余应力的影响

    闻炯明孙磊李兆璞武立文...
    81-89页
    查看更多>>摘要：高密度聚乙烯(PE-HD)管道具有韧性高、抗腐蚀等优点,广泛应用于输水输气、核工业和氢能等领域.受加工工艺和焊接技术的限制,PE-HD管道系统存在生产残余应力和焊接残余应力.残余应力的存在,会加速管道内部裂纹的萌生和扩展,显著降低了管道的使用寿命.因此,研究残余应力对准确评价PE-HD管道可靠性具有重要意义.分别采用开口圆环法和盲孔法测得了PE-HD管基材和热熔接头的环向残余应力,并基于弹塑性本构建立了温度-位移耦合的热熔焊接有限元模型,探究了热熔焊接接头残余应力的分布及焊接工艺参数对温度场和残余应力的影响.结果表明:盲孔法和开口圆环法测量结果近似相等;与传统的黏弹性模型相比,建立的弹塑性热熔焊接有限元模型计算结果更接近实验测量值;熔融层厚度随焊接温度和加热时间的增加而增大,延长加热时间可导致热熔接头长度增加;焊缝和熔合区的残余应力为拉应力,且内壁的拉应力大于外壁的拉应力,距离焊缝5 mm处残余应力由拉应力转变为压应力,焊接温度升高和加热时间延长会使残余应力数值增大.

    高密度聚乙烯管热熔焊接残余应力弹塑性本构数值模拟

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    基于RBF和LSGRG的滤芯托架注塑成型质量控制与优化

    刘晓坤孙正阳季宁盛中庆...
    90-95页
    查看更多>>摘要：针对汽车用复杂交错薄壁格栅的滤芯托架体积收缩率大和生产能耗高的问题,采用有限元仿真分析方法,建立了复杂交错薄壁格栅的滤芯托架仿真分析的有限元模型,对塑件的体积收缩率和注塑过程中的最大锁模力进行了优化,以提高塑件成型质量和降低生产能耗.首先,基于最优拉丁超立方抽样(OLHS)方法和径向基函数(RBF)神经网络模型建立预测模型并对模型精度进行了验证;其次,通过分析20组计算数据并结合工程经验发现体积收缩率和最大锁模力呈相互冲突的关系,且对成型质量和能耗有较大的影响,为此采用大规模广义降阶梯度(LSGRG)技术对预测模型进行多目标寻优并得到最优的工艺参数组合,经过LSGRG方法优化的最大锁模力降低了10.30%,体积收缩率降低了27.61%,优化效果显著.最后,在注塑机上应用优化后的注塑工艺参数生产出了复杂交错薄壁格栅的滤芯托架,产品质量符合要求.提出的基于RBF神经网络模型和LSGRG技术的联合多目标优化方法可为同类型塑件的成型质量控制与优化提供借鉴.

    滤芯托架多目标优化最优拉丁超立方抽样径向基函数神经网络LSGRG技术

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    3D打印TPU气道支架的有限元仿真分析及其力学性能

    朱锐钿欧阳阅翰陈晓邦丁明媚...
    96-103页
    查看更多>>摘要：气道支架的可压缩性直接影响手术操作,植入后与气道的相互作用力对临床疗效影响大,开展支架植入气道的力学性能仿真分析可为产品研发和临床应用提供参考.采用计算机软件构建气道支架3D模型,以热塑性聚氨酯弹性体为打印材料,熔融沉积3D打印制备挤出率和壁厚不同的气道支架,采用万能试验机测试其支撑力、压缩强度和压缩弹性缩量,对支架植入气道狭窄简化模型中的受力情况进行有限元仿真分析.随着径向压缩率增大,支架的压缩强度和径向支撑力呈上升趋势,压缩弹性模量呈现下降趋势;随着打印挤出率的增大,支架中丝材堆积更紧密,压缩弹性模量、压缩强度和径向支撑力均呈上升趋势.有限元仿真分析结果表明,随着壁厚增加,支架变形困难,产生的支撑力增大;随着狭窄率的增加,支架所受压迫力增大,应力集中与支架变形能力、气道狭窄情况密切有关.

    3D打印热塑性聚氨酯气道支架力学性能有限元仿真气道狭窄

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    FDM工艺参数对CF/PETG制件尺寸精度的影响

    田国强吴凯高森森许小奎...
    104-109,116页
    查看更多>>摘要：碳纤维(CF)增强聚对苯二甲酸乙二酯-1,4-环已烷二甲酯(CF/PETG)材料在护具、晶格结构、假体制造等行业得到广泛应用.熔融沉积成型(FDM)作为复杂零件成型的主要技术在增材制造生产中广泛使用,但工艺参数选择不当会导致制件成型精度较低.以商用CF/PETG线材为对象,采用FDM工艺制备了试验样件,研究了喷嘴温度、热床温度、层厚、填充率4个主要工艺参数对制件尺寸精度的影响.设计了L25(54)正交试验,进行了试验样件尺寸测量和误差计算,并采用极差分析确定了X,Y,Z每个方向上最佳工艺参数组合和四个因素的影响主次顺序.利用综合分析法对制件综合尺寸精度进行分析,得到了因素的影响顺序为:热床温度>层厚>填充率>喷嘴温度,确定了最优工艺参数组合为喷嘴温度245℃、热床温度65℃、层厚0.20 mm、填充率10%.采用优化的工艺参数进行CF/PETG塑件实物的3D打印制造,并通过逆向精度分析方法进行塑件实物精度评价,验证了优化的工艺参数能够为CF/PETG塑件的精度改善提供数据参考,进而指导实际应用.

    碳纤维聚对苯二甲酸乙二酯-1,4-环已烷二甲酯熔融沉积精度正交试验逆向精度评价

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    正交试验法优化铂催化液体硅橡胶导电发泡材料

    梁家宇王帅戚嵘嵘
    110-116页
    查看更多>>摘要：液体硅橡胶(LSR)除了具有硅橡胶的优势,还具有良好的流动性,易于加工,绝缘性限制了其在电子领域的应用.目前已有许多导电固体硅橡胶的研究,但国内关于导电LSR的研究较少,且都有一些共性问题,比如导电填料过多、硬度太高、密度过大等.为了降低铂催化LSR的导电填料添加量,并降低其密度和硬度,采用乙炔炭黑(CB)作为导电填料并将材料进行发泡,制备LSR导电发泡材料.但是,铂催化LSR还有无法使用常规含氮有机发泡剂以避免铂中毒的问题,因此需要采用其他发泡方法.因而采用羟基硅油(Si-OH)和水作为化学及物理发泡剂,蒙脱土(MMT)作为补强剂,为了得到综合性能良好的硅橡胶导电发泡材料,利用正交试验法,并进行单因素方差分析,研究了Si-OH,CB,MMT和水对材料发泡和力学性能及电导率的影响.结果表明,正交试验法可快速得到CB/LSR导电发泡最优配比:当LSR质量分数为56.1%,Si-OH为28.1%,CB为7%,MMT的质量分数为5.3%,水的质量分数为3.5%时,制备的发泡材料电导率为3.36×10-6 S/m,液体硅橡胶比纯LSR提高了9个数量级,密度为0.67 g/cm3,相比纯LSR降低了43%,邵C硬度为36,比纯LSR降低了33%.

    液体硅橡胶导电发泡正交试验炭黑

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    空调座盖塑件模内装饰成型工艺与模具设计

    谢茂青王雷刚
    117-125页
    查看更多>>摘要：针对空调座盖采用塑件模内装饰(IMD)方式进行成型的要求,为其设计了一种基于高压成型3D膜片镶件的IMD成型工艺用于该塑件的成型.工艺中,IMD塑件的保护层3D膜片镶件使用0.25 mm聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜高压压制+真空吸附3D成型,内衬使用聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(PC/ABS)合金注塑成型.所设计的IMD工艺路径包括9道工序.其中3D膜片镶件高压成型模具为一种模具闭合后具备膜片上表面高压压制和下表面真空吸附能力的双作用成型凸模,对应的高压成型工艺参数为:成型压力(35±1)Kg/保压时间(7.0±1)s/模具温度183℃.内衬的注塑成型中,内衬注塑模具为一种两板式单浇口热流道倒装模具,3D膜片镶件在型腔镶件内的定位依靠2个定模限位滑块进行定位,塑件的脱模由倒装模具动模内设置的2个油缸驱动推板及其上的10个斜顶和14根顶针共同顶出来实现.运用CAE软件Moldflow中"重叠注塑"分析序列对内衬的注塑成型进行了内衬/3D膜片镶件之间的重叠注塑成型仿真优化分析,优化结果为:内衬模腔注塑时,热浇口直径取Ø4 mm,模温79℃,熔料温度260℃,注塑压力90 MPa,保压分4段保压,分别为40 MPa-2 s/30 MPa-2 s/15 MPa-2 s/10 MPa-1.5 s.

    空调座盖IMD/IMF膜片高压成型重叠注塑CAE分析IMD注塑模聚甲基丙烯酸甲酯聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物

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    车灯可参数化点亮的内配光饰圈结构及模具设计

    何叶春施凯文唐高中
    126-133页
    查看更多>>摘要：汽车车灯可参数化点亮设计是提升灯具科技感、品牌辨识度的有效方法之一,针对车灯系统里的内配光饰圈通过镭雕、烫印等后处理工艺实现参数化点亮造成的零件合格率低、生产效率低和成本昂贵问题,提出一种基于车灯内配光饰圈双色注塑成型工艺的解决方案.该工艺由非透光树脂注塑成型遮挡光路的饰圈基体,透光树脂注塑成型内配光饰圈的发光区域,饰圈基体镂空参数化形状填补透光树脂即形成参数化透光区域;此外,根据双色模具加工工艺和模具结构要求对参数化设计的双色搭接结构制定了工程限制模型,有效解决参数化特征周圈边界不连续的缺陷.本文基于零件结构设计了一套双色注塑模具,针对零件双色连接面倒扣结构、无脱模斜度面和一色成型件浇口导流道难以成型的问题,模具设计两套定模弹块机构分别成型一色成型件、二色成型件和浇口导流道;模具经过设计加工运用于实际生产,通过实践证明,该模具结构稳定可靠,零件质量满足设计要求,设计方案可为同类型产品开发提供参考,并具有较高工程实践指导意义.

    参数化内配光饰圈双色注塑模具浇口导流道定模弹块

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    水下连接器灌胶用保持架冷却水路分析及模具设计

    黄可钱子龙李恒李兵兵...
    134-139,153页
    查看更多>>摘要：对中空保持架进行了结构分析,获得了模具设计难点.针对设计难点并结合生产实际初步设计了模具水路,将冷却水路设计成正交结构,并进行了模流分析.模流分析结果表明定模水路能较好传导热量;动模区域,热量没有很好的传导至水路区域,冷却水路需进一步优化.将制品最大投影面垂直于Z轴放置,沿制品突变处抽取分型线,得定模成型区及动模成型区.为了降低定模仁制造难度,将部分曲面特征用定模滑块、斜导柱机构成型,同时也有利于定模部分排气;对制品的部分倒扣特征,设计定模斜抽-动模斜顶抽芯机构,有效缩小了模具外形结构,使模具结构更加紧凑.针对中空制品内部所有方向都不能设置自动抽芯的难点,设置整体镶拼抽芯机构;对口部倒扣特征,设置斜顶抽芯机构,倒扣成型件选用铍铜材质,保证了动定模的冷却均衡;设计导热铍铜及法向导热片将集聚在制品内部的热量传导至整个动模,提高了动模冷却水路的冷却效果,并通过结构设计增加了模具的排气性能,避免了制品的局部烧焦.

    Moldflow模流分析软件模具设计水路设计镶拼抽芯机构中空制品抽芯机构

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    不同改性方法对超高分子量聚乙烯纤维蠕变行为的影响

    郑晗孙勇飞王新威
    140-147页
    查看更多>>摘要：超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)纤维因其优异的性能广泛应用于多个领域,但其在长时间负载下易蠕变的问题限制了其更广泛的应用.关于PE-UHMW纤维的研究多关注于纤维本身的蠕变性能优化,对蠕变过程和蠕变行为讨论较少.通过石墨烯共混改性和支化改性两种方法制备得到了不同性能的耐蠕变纤维样品,通过力学性能表征、40%断裂载荷下3 h的蠕变测试和差示扫描量热(DSC)测试,探讨了不同纤维的蠕变行为和对应的蠕变机理.实验对比了常规纤维、掺杂不同含量石墨烯的PE-UHMW纤维以及不同支化度的PE-UHMW纤维和商业耐蠕变纤维Dyneema DM20纤维,研究发现,共混改性和支化改性均能提高PE-UHMW纤维的耐蠕变性能,但表现出不同的蠕变行为和机理.石墨烯的添加能够有效降低PE-UHMW纤维的初始蠕变量,尤其是在石墨烯质量分数为8%时,纤维的蠕变变形减少了37.6%,当石墨烯质量分数大于8%后,初始蠕变量反而增加;支化改性对纤维蠕变性能的影响主要体现在恒定载荷下的抗形变能力.包含支链的纤维初始蠕变量要大于未改性纤维,但其在第二阶段的蠕变速率显著降低,显示出更好的耐蠕变性能.通过对蠕变曲线进行时间外推验证了改性纤维在长期载荷下的稳定性.石墨烯共混改性使纤维的DSC吸热峰值升高至146℃以上,支化改性纤维则展现3个独立吸热峰,表明支链引入新的微观结构.最后讨论分析了不同改性方法对PE-UHMW纤维蠕变行为的影响机制.

    超高分子量聚乙烯纤维蠕变行为共混改性支化改性分子链滑移石墨烯

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