微注射压缩成型高聚物微观结构演化机理与多尺度模拟

Combined with the characteristics of the injection compression molding and micro-injection molding,The formation and evolution of microstructure of polymer in micro-injection compression molding are investigated by simulation and experiments in this study. The formation and evolution law of microstructure of polymer in micro-injection compression molding and its relationship with process conditions will be studied. The quantitative relation among the material properties, molding conditions, micro structural morphology and products performance are established. This relation forms the theoretical basis of the optimization design and forecast of molding process and the control of products performance. The physical and mathematical model and the corresponding calculation method in Multi-Scale with respect to the micro injection compression molding process and the performance of the product under the mutil-physical field coupling are established, which enrich and develop the simulation theory and method of polymer molding. A theory and method of mould optimization design for micro injection compression forming is established based on numerical simulation. One simulation software used in micro injection compression molding process is developed with independent intellectual property rights. The authenticity and reliability of the simulation theory can be tested with the aid of online monitoring method of visual experiment.

结合注射压缩与微注射两种成型方法的特点，通过对高聚物注射压缩成型过程微观结构生成、演化表征的建模以及实验研究，揭示微注射压缩成型过程中高聚物微结构生成和演化规律，及其与成型工艺条件的关系，建立材料特性-成型条件-微观形态-高聚物制品性能的定量关系，为成型工艺优化、预测和控制制品性能提供理论依据；建立和发展多物理场耦合作用下的高聚物微注射压缩成型过程与制品性能的多尺度物理、数学模型及相应的多尺度计算方法，丰富和发展高聚物成型模拟理论和方法；建立基于数值模拟的精密微注射压缩成型模具优化设计理论和方法，开发出具有自主知识产权的、可用于微注射压缩成型过程的模拟软件；借助在线监测实验验证模拟理论的真实性和可靠性。

高聚物成型加工过程是一个复杂的流体流动与定形过程，其间材料受热历史的不同对制品最终性能产生重要影响。本项目结合注射压缩与微注射两种成型方法的特点，通过对高聚物注射压缩成型过程微观结构生成、演化表征的建模以及实验研究，揭示微注射压缩成型过程中高聚物微结构生成和演化规律，及其与成型工艺条件的关系，建立材料特性-成型条件-微观形态-高聚物制品性能的定量关系，为成型工艺优化、预测和控制制品性能提供理论依据。结合成型过程的动态在线可视化实验研究，系统揭示了成型加工过程中工艺条件及制品性能的变化规律，开发自主知识产权的模拟软件,对提高模具设计制造水平，制备高性能的高聚物制品具有重要意义。. 本项目在对传统微注塑成型和注射压缩成型数值模拟理论与实验研究的基础上，基于多物理场和宏、微观尺度下微注射压缩成型制品宏观形态和微观结构出发，探索了材料性能-成型工艺-微观结构演化-服役环境力学性能间的内在联系。通过项目执行期各项工作的顺利实施，基于动态流变学方法评价了不同非线性粘弹性本构模型对微注射压缩成型过程的适用性，建立了针对压缩过程中多模态、非线性的XPP本构模型，独立研发出1套具有自主专利版权的可视化注射压缩成型模具，将在线可视化手段引入到注射压缩成型模具的研制中，通过可视化充填过程和应力演化过程的在线研究，有效验证了本课题相关算法的可行性和有效性。分别以无定型聚合物材料和非晶材料为微模具嵌件材料，研究多物理场耦合作用下聚合物熔体在不同微米尺度微结构上的充填性能。微注射压缩成型过程中，改变模具温度和材料热历史，基于成型过程中压力诱导形成的微观结构的变化，最终达到调控微制品服役力学性能的目的。