短纤维增强聚合物水辅助注射成型机理研究

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基本信息

  • 批准号：
    21664002
  • 项目类别：
    地区科学基金项目
  • 资助金额：
    40.0万
  • 负责人：
    柳和生
  • 依托单位：
    东华理工大学
  • 学科分类：
    B0511.特种功能材料化学
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Short-fiber reinforced polymers (SFRP) have been widely used in industrial fields due to their good mechanical properties, easy forming and low costs. Meanwhile, water-assisted injection molding (WAIM) has gotten more and more attention because of its unique advantages in product properties, cycle time and costs. But few research reports have been found about WAIM of SFRP , and thus the knowledge about its forming mechanism is very little. In theoretical and experimental study on WAIM of SFRP ,this project will consider the viscoelastic properties of polymers and turbulence behaviors of water injection, and establish more accurate mathematical models and kinetics models of fiber orientation. It will disclose the influence of the material parameters, processing parameters and injection mold configurations on the field parameters and orientation distribution during the filling stage of WAIM of SFRP. Further analyses on the apparent and internal qualities of the products will be made. Finally, this project will present guiding ideology and principle of optimization about molding process and injection mold design. It can provide theoretical and technical supports for industrial application of WAIM of SFRP.
短纤维增强聚合物由于其良好的机械性能、易加工和费用低廉等特点已在工业领域得到广泛应用。水辅助注射成型技术也因其在制件性能、生产周期和成本等方面的独特优势而越来越受到国内外学者和业界的重视。目前关于短纤维增强聚合物水辅助注射鲜有研究，因此对其成型机理的认知还存在不足。本项目拟通过对短纤维增强聚合物水辅助注射成型的理论和实验研究，考虑聚合物黏弹性以及注水湍流形态的影响，建立更为符合实际的数学模型和纤维取向动力学模型，揭示短纤维增强聚合物的材料参数、成型工艺参数及模具结构对水辅助注射填充过程中各场量和纤维取向分布的影响，进而分析对制件表观和内在质量的影响，最终提出科学且实用的成型工艺制订和模具设计的指导思想和优化原则，为短纤维增强聚合物水辅助注射成型的工业化应用提供理论与技术支持。

结项摘要

本项目主要针对短纤维增强聚合物水辅助注射成型机理开展研究：.（1）确定了水辅助注射成型的基本控制方程和短纤维取向预测模型，开展了水辅助注射成型数值模拟，分析了短纤维取向机理，结合张量方程和层板理论，对短纤维进行了轴向、周向和径向取向定量表征。研究结果表明，高压水充填过程使得靠近水道部位的短纤维进行了二次取向调整，整个残余壁厚中，短纤维以轴向取向为主，周向取向次之，径向取向最弱，其中水道附近短纤维趋于自由取向特征。.（2）采用人工神经网络和遗传算法混合建模方法，建立了主要影响因素与残余壁厚、短纤维取向张量的数学模型，分析了其中非线性影响关系。研究结果表明，熔体温度、注水延迟时间和注水温度对残余壁厚均匀性有重要影响；注水压力、熔体温度和注水温度对短纤维取向度的影响显著，随着注水压力和熔体温度的升高，短纤维取向度降低，随着注水温度的升高，短纤维取向度上升。.（3）为了提高短纤维增强聚合物水辅助注射成型制件的抗压性能，考察了主要工艺参数对短纤维周向取向张量分量的影响，研究结果表明短纤维周向取向张量分量随熔体温度和注水压力的增加而增加，而与注水延迟时间的变化关系则相反。通过对工艺参数的优化，获得最大短纤维周向取向张量分量值为0.23。.针对三种不同流道截面型腔的水穿透行为及流道中间端处短玻纤取向分布进行了研究。研究结果表明：①随着聚合物熔体注射量的减少、聚合物熔体温度的提升、注水压力的增大、注水延迟时间的缩短及短玻纤质量含量的减少，短射法水辅注射成型中三种不同流道截面制品的水穿透长度减短及残余壁厚减薄，溢流法也发生类似变化。②在相同成型工艺参数变化的情形下，圆形流道截面制品水穿透长度最短及残余壁厚最薄，其次是上圆下方形流道截面，最后是方形流道截面，溢流法也发生类似变化。③在相同成型工艺参数变化的情形下，圆形流道截面制品短玻纤沿聚合物熔体流动方向取向度最高，其次是上圆下方形流道截面，最后是方形流道截面。

项目成果

期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Simulation and Optimization of Short Fiber Circumferential Orientation in Short-Fiber-Reinforced Composites Overflow Water-Assisted Injection Molded Tube
短纤维增强复合材料溢流水辅助注射成型管中短纤维周向取向的模拟与优化
  • DOI：
    10.1155/2019/6135270
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Advances in Polymer Technology
  • 影响因子：
    3.1
  • 作者：
    Zhou Haiying;Liu Hesheng;Kuang Tangqing;Jiang Qingsong;Chen Zhixin;Li Weiping
  • 通讯作者：
    Li Weiping
短玻纤增强聚丙烯水辅助注射成型纤维取向数值模拟
  • DOI：
    10.16865/j.cnki.1000-7555.2019.0211
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    高分子材料科学与工程
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张伟;柳和生;黄兴元;余忠;章凯;陈忠仕
  • 通讯作者：
    陈忠仕
水辅助注射成型制品质量的缺陷及工艺优化研究概述
  • DOI：
    10.19491/j.issn.1001-9278.2018.04.003
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    中国塑料
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张伟;柳和生;余忠;章凯;陈忠仕
  • 通讯作者：
    陈忠仕
Effect of Process Parameters on Short Fiber Orientation along the Melt Flow Direction in Water-Assisted Injection Molded Part
工艺参数对水辅助注塑件中短纤维沿熔体流动方向取向的影响
  • DOI：
    10.1155/2019/7201215
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Advances in Materials Science and Engineering
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Zhou Haiying;Liu Hesheng;Jiang Qingsong;Kuang Tangqing;Chen Zhixin;Li Weiping
  • 通讯作者：
    Li Weiping
水驱动弹丸辅助注塑弯管的壁厚分布
  • DOI：
    10.16865/j.cnki.1000-7555.2017.11.019
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    高分子材料科学与工程
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨帆;匡唐清;刘文文;柳和生
  • 通讯作者：
    柳和生

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其他文献

L型异型材气辅共挤胀大的三维等温数值模拟
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    高分子材料科学与工程
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    柳和生;黄兴元;邓小珍;黄益宾
  • 通讯作者：
    黄益宾
气辅技术在微孔塑料连续挤出中的应用研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    塑料工业
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    熊鹏;黄兴元;柳和生;李孟山
  • 通讯作者：
    李孟山
聚合物气辅共挤成型中气体入口位置对层间界面的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    高分子材料科学与工程
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    黄益宾;柳和生;熊爱华;余忠
  • 通讯作者：
    余忠
气辅共挤出界面位置对挤出胀大的影响
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    高分子材料科学与工程
  • 影响因子：
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  • 作者：
    柳和生;黄益宾;黄兴元;李孟山
  • 通讯作者：
    李孟山
挤塑模中三维路线示踪与停留时间分布
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    中国塑料
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    涂志刚;熊洪槐;柳和生;包忠诩
  • 通讯作者：
    包忠诩

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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