長纖維增強聚合物注塑件翹曲變形數值模擬

任昂

摘要：長纖維增強熱塑性塑料顆粒（lft–g）通過連續纖維和樹脂熔膠及其他各種附件注入模具型腔，然后冷卻并切割成強化樹脂顆粒，如增強纖維和樹脂顆粒。對于短纖維增強復合材料，長纖維與樹脂的結合面積較大，與樹脂界面的結合力較大，傳遞給纖維的有效樹脂載荷長度增加，大大提高了復合材料的力學性能，可廣泛應用然而，眾所周知，注射成型產品在剪切場作用下形成了一個皮膚-核心結構。對于纖維增強聚合物復合材料，纖維沿皮膚流動方向具有較高的取向，芯層具有較隨機的取向，取向較低，產品各向異性增大，從而影響產品力學性能的穩定性并增加產品的褪色度。因此，管制長纖維增強聚合物的微觀結構尤為重要。本文在此基礎上研究了長纖維增強聚合物注射成型零件的蠕變變形數值模擬，以供參考。

關鍵詞：長纖維增強聚合物;注塑件翹曲變形;數值模擬

引言

近年來，由長纖維增強的聚合物材料引起了人們的嚴重關注，并具有剛性和耐熱性、流動性和尺寸穩定性等優點，以及比短纖維增強材料的使用壽命更長。但是，由于纖維的長度，纖維在加工過程中相互作用更強，使得纖維定向機制更加復雜。Jeffery方程通過添加標量元素來表示纖維相互作用對方向的影響，在此基礎上，應用縮小變形閉合方法給出了RSC方向模型，該模型減少了第一方向方向預測過早的問題，但長纖維方向的預測精度仍然不足隨后，RSC模型中的各向同性標量元素被“各向異性旋轉擴散”（ARD）張量元素所取代，并提出了ARD-RSC方向模型，以有效描述長纖維相互作用的各向異性性質。

1長纖維斷裂理論

注塑過程中增強聚合物纖維折疊模型最初由Phelps和Tucker開發為統計模型，用于描述流動感應屈曲和剪切應力導致纖維折疊的可能性。典型Euler曲率表示：

gen/+t+v ni =-pini+-kRIKk（5）是rik因li光纖性能斷裂而產生長度lk纖維;v是熔體速度的混合方程（2）、方程（3）和方程（5）以及纖維取向模型，聚合物流動的控制方程求解纖維列表。

2注塑件材料各向異性模型

在注射成型過程中，熔膠中的纖維沿熔膠流動方向與熔膠流動方向對齊。凍結墻層頂部的纖維方向通常是沿熔體流動方向的垂直方向或沿熔體流動方向的隨機方向。此射出過程中的纖維可透過「間隙塔克」方程式來描述：

式中：K_p為聚合物體積模量，定義為K_p=。其中，G₁₂為平面內剪切模量;G₂₃為平面外剪切模量;v¹²為平面內泊松比;v₂₃為平面外泊松比;v_f12為纖維縱向泊松比;G_f12為纖維縱向剪切模量;v_p12為聚合物縱向泊松比;G_p12為聚合物縱向剪切模量;V_f為纖維體積分數。

3長纖維增強聚合物注塑件翹曲變形數值模擬

3.1試樣制備

（1）LGF強化PP（PP/LGF）：PP和抗氧化劑、分散劑、潤滑劑等，并在2螺桿擠出過程中熔化（溫度210 c）成制造的列車形態（溫度240 c），而列車形態的纖維則干燥，使lgf能夠浸泡熔體。（2）用PP/lgf（PP/lgf/CNT）填充CNT：在制備PP/lgf時，CNT被添加到雙螺桿擠出機的熔體比例中，lgf含量檢查為30%，CNT含量檢查為3%。（3）填充PP/ lgf （PP/ LGF/ sgf）：在制備PP/ lgf時，在雙螺桿擠出熔融部分中加入纖維，檢查lgf含量為30%，sgf含量為5%。（4）在PP/ LGF （PP/ LGF/ LCF）字段中填入PP和抗氧化劑、潤滑劑等添加劑的混合物。2螺絲刀擠出機中的熔解物（210 c）進入制造的拉伸形狀（240 c），纖維干燥分布在列車形狀中，lgf和LCF混合液被熔緩沖浸透，用10毫米長的材料冷卻、潤濕和切割。

3.2長纖維參數對零件翹曲變形的影響

下圖1顯示了主要纖維參數（纖維線長、長度比、內容）如何影響零件的翹曲變形，該變形因零件的翹曲變形而分布不均。出于比較目的，本文僅比較了最大翹曲變形。

如圖a所示，隨著纖維的初始長度增加，翹曲變形會減小。纖維越長，纖維越容易彎曲，纖維之間的纏繞越強，有利于纖維的隨機定向。與此同時，根據流動誘導纖維定向的動態原理，纖維越長，剪切率和流動比例越高，加工條件相同時，較長纖維定向速度就越慢，從而降低了一致定向的程度和 因此，材料的機械性質往往更具各向同性，從而降低模具零件的各向異性收縮率和翹曲變形。 如圖b所示，隨著初始纖維長度比的增加，翹曲變形會減小。由于一因素法，即模擬纖維的初始長度與纖維相同。線性比越高，纖維直徑越小，纖維越多。研究表明，在一定范圍內較長纖維的材料的等效效應可能會得到改善，而較大的纖維會提高較大材料的運動性能。從研究中可以看出，由于應力而增加纖維比例可能會導致變形，從而可以顯著提高材料的運動性能，但在纖維層接近40%的情況下，它會逐漸減小。這是因為增加光纖層有利于聚合物中纖維的均勻分布、材料的各向同性分布以及各向異性的減小。但是，隨著光纖層體積的增加，纖維廢料也在增加，因為纖維的剪切速率在注射比較中提高了，力也降低了。

結束語

本文研究了噴涂水、熔體溫度、模具溫度和壓力對聚合物流動增加時纖維取向和分布的影響。結果表明注射時間對纖維取向影響最大，纖維取向值隨注射時間的增加而增加。當熔體溫度或模具溫度升高時，纖維方向值也會降低。壓力對纖維取向的影響取決于速度/壓力切換點。當速度/壓力轉換點為小時或時，切換點會增加壓力。時，纖維方向值將減小或保持不變。此變更是由剪切應力和應力的交互作用引起的，即。，厚度方向上的剪切應力沿流動方向定向于纖維，沿流動方向定向于拉伸應力的水平方向。

參考文獻

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