复合材料水辅共注制品的多相演变机理及质量控制机制

Resin composites can be used to improve the quality of plastic products. And their use in injection molding is increasingly widespread. Water-Assisted Co-Injection Molding (WACIM) process is an innovative polymer processing method for making hollowed parts with double-coated structure and it has a well application prospective. The mechanism of morphology evolution of resin composites in the complex multiphase stratified flow during the WACIM process is still unknown. And that has restricted the effective improving of the performance of WACIM composite parts. Therefore, based on the preliminary study, the mult-phase morphology evolution mechanism of the WACIM parts of polymer blend and glass fiber reinforced resin plastics (GFRP) is explored via the microscopic observation combined with the flow field analysis of WACIM in this research. This project is devoted to investigating the following subjects: Mult-phase morphological evolution of WACIM blend parts and its effect on quality, Mult-phase morphological evolution of WACIM GFRP parts and its effect on performance, and the effective control mechanism of WACIM composite parts performance. This issue aims to reveal the interior relationships among the three counterparts: composite materials and process parameters, morphological evolution and properties in WACIM composite parts, and set up the effective control mechanism of the quality of WACIM composite parts. This research will promote the application and development of WACIM technology of composites.

复合材料的使用有助于改善制品的质量，其在注塑中的使用也日益广泛。水辅助共注塑（WACIM）是成型具有双层包覆结构的中空制件的新型注塑工艺，具有良好应用前景。由于WACIM工艺复杂的多相分层流动，复合材料WACIM制品的多相演变机理尚不明了，这成为制约复合材料WACIM制品质量有效改善的技术瓶颈。因此，申请人在前期研究工作基础上，提出通过实验观察共混物及玻纤增强树脂复合材料WACIM件的分层形貌及各相形态与分布，结合流场分析来探究复合材料WACIM制品多相演变机理的思路。研究内容包括：共混物WACIM制品的多相演变及对质量的影响机理；玻纤增强复合材料WACIM制品的多相演变及对质量的影响机理；复合材料WACIM制件质量控制机制。本项目旨在揭示复合材料WACIM中材料及工艺参数-多相演变-质量间的内在影响机理，建立复合材料WACIM制品质量的快速控制机制，促进复合材料WACIM技术的应用发展。

复合材料的水辅助共注塑工艺（WACIM）因结合了水辅助注塑工艺（WAIM）与共注塑工艺（CIM）的技术优点及复合材料的性能优势而具有更广的适用性、应用前景和更优良的产品品质，但其成型过程多相演变机理及成型质量控制机制的研究极其缺乏。本项目主要研究了共混物及玻纤增强树脂的水辅注塑制品及水辅共注塑制品的多相演变机理以及复合材料水辅注塑及水辅共注塑制件质量控制机制。.项目应用自主设计搭建的实验平台，研究了主要工艺参数和PA6分散相含量对PP/PA6共混物WAIM管件残余壁厚、表观质量、力学性能的影响。发现：塑件残余壁厚主要受注水延迟时间、熔体温度、模具温度的影响；拉伸强度主要受熔体温度、模具温度、注水压力和注水延迟时间影响；在PA6含量不高时随着PA6含量的增加管件拉伸强度和断裂伸长率逐步减小；分散相PA6在厚度方向的外层、中间层和内层呈现不同的形态；PP内外层结晶度明显高于中间层；PA6外层结晶度最高；.以基相为PP和分散相为PA6的共混物为外层，纯PP为内层的WACIM工艺为研究对象，实验考察了工艺参数、共混物材料配比对成型试样壁厚分布、力学性能、微观形态结构分布的影响规律。发现工艺参数对内外层壁厚及总壁厚的影响大小各异，共混物配比对壁厚分布影响不大；关键拉伸强度主要受外层熔体注射温度和熔体切换延迟时间和注水延迟时间的影响；基相和分散相在内外层不同位置的形态与分布呈现不同的特点；模拟发现内层熔体和水穿透时穿透前沿、穿透前沿前端及后端三个截面位置的速度与应变率分布的特点及变化，由此可揭示结晶形态及分布和结晶度差异的形成机理。.对玻纤质量百分比和工艺参数对GFRPP复合材料的WAIM制件的壁厚、性能和微观形态的影响进行了实验与模拟研究。实验发现制件壁厚随玻纤质量百分比的增加而变薄；按照玻纤取向分布特点可将壁厚分为近模壁层、中间层、近水道层三层。通过实验实现了拉伸强度的优化。通过模拟手段研究了过程参数对残余壁厚及其均匀性、玻纤取向分布的影响关系，并实现了取向优化。最后还采取实验及模拟相结合的手段对W-PAIM工艺开展了初步研究。.项目的开展探究了复合材料WACIM工艺的成型机理及质量控制机制，为该工艺的应用实施提供了理论基础与技术支持。