液態(tài)反應性聚合物復合材料的旋轉(zhuǎn)模塑成型工藝研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)模塑是一種以塑料粉末為原料成型中空塑料制品的工藝。由于它具有一些其它成型工藝無法比擬的優(yōu)點，如成本低、制品無內(nèi)應力、適合成型大型制品等，一直受到人們的關(guān)注。該工藝也存在一些缺點，如制品強度低、工人勞動強度大、成型時間長、原材料種類少及原材料成本高等，限制了旋轉(zhuǎn)模塑工藝的發(fā)展。長期以來人們一直都在努力研究適合旋轉(zhuǎn)模塑工藝的新材料并對旋轉(zhuǎn)模塑工藝進行改進，取得了一定的成果。 很早就有人提出使用液體聚合物進行旋轉(zhuǎn)模塑生產(chǎn)。液體聚合

2、物與粉末聚合物原料相比具有諸多優(yōu)點，如液體聚合物增強方式靈活，能夠使用長纖維進行增強以提高制品強度等。但是，液體聚合物作為旋轉(zhuǎn)模塑原料在操作過程中會遇到一些困難，主要問題是原料在模具壁上分布不均勻和制品表面產(chǎn)生氣泡。這些問題制約了旋轉(zhuǎn)模塑工業(yè)中液體聚合物的應用?；诖?，本文工作的目標是使用通用型不飽和聚酯樹脂為原料研究適用它的旋轉(zhuǎn)模塑成型工藝及長纖維增強技術(shù)。同時，本文還對液態(tài)發(fā)泡樹脂體系旋轉(zhuǎn)發(fā)泡工藝進行了試驗研究，并得到了一些有意義的

3、結(jié)論。 為進行上述不飽和聚酯樹脂旋轉(zhuǎn)模塑試驗研究，本文自行設計并制造了雙軸可調(diào)速旋轉(zhuǎn)模塑機。該設備具有內(nèi)傳動和外傳動兩條傳動路線，分別使模具繞兩互相垂直軸旋轉(zhuǎn)。該設備每軸調(diào)速范圍為0～35r/min，能夠滿足液體原料在各種轉(zhuǎn)速下的成型試驗研究，也可用于企業(yè)中小型液體旋轉(zhuǎn)模塑制品的生產(chǎn)。 通過不飽和聚酯樹脂旋轉(zhuǎn)成型試驗研究發(fā)現(xiàn)：不飽和聚酯樹脂旋轉(zhuǎn)模塑制品存在最大質(zhì)量問題是壁厚不均勻及表面存在較多氣泡，問題的產(chǎn)生與不飽和聚酯

4、樹脂的初始黏度和凝膠速度有關(guān)。與熱固性樹脂凝膠曲線相對應可把旋轉(zhuǎn)模塑制品的形成過程分為成型前、成型期、缺陷形成期三個階段。本文還研究了正交試驗研究樹脂初始黏度，凝膠速度與制品質(zhì)量的關(guān)系。研究結(jié)果表明：樹脂的初始黏度影響制品的厚度，樹脂的固化速度影響制品壁厚的均勻性，而通過正交試驗的方法可為生產(chǎn)一定形狀和大小的制品確定合適的工藝參數(shù)。 本文進行了長纖維增強不飽和聚酯樹脂旋轉(zhuǎn)模塑試驗研究，試驗結(jié)果表明：對于長纖維增強旋轉(zhuǎn)模塑制品，制

5、品壁厚均勻性控制不再是主要問題，而制品表面氣泡控制是最為主要的工藝難題。針對這一問題，本文設計了試驗觀察和研究氣泡形成過程的裝置并進一步研究了氣泡的形成機理。研究發(fā)現(xiàn)制品表面氣泡主要是由于樹脂浸潤纖維速度不均勻性及樹脂浸潤纖維的驅(qū)動力過小產(chǎn)生的。本文通過增加樹脂在模具內(nèi)的流動通道，改善樹脂浸潤纖維速度不均勻性，制造出了表面沒有氣泡的制品。針對長纖維增強時，樹脂浸潤纖維驅(qū)動力過小的問題，本文提出了高速旋轉(zhuǎn)成型技術(shù)，并進行了成型工藝試驗。試

6、驗結(jié)果表明，模具高速旋轉(zhuǎn)能夠有效減少制品外表面氣泡數(shù)量，但卻在制品內(nèi)表面產(chǎn)生較多氣泡。通過對成型工藝進行仿真模擬，可知這是由于模具旋轉(zhuǎn)速度過高引起的?？赏ㄟ^有限元仿真確定最佳模具旋轉(zhuǎn)速度。 論文最后還初步研究了液體原料旋轉(zhuǎn)發(fā)泡工藝，進行了成型試驗，并研究了工藝參數(shù)對發(fā)泡泡孔均勻性和大小的影響。試驗表明：隨著主軸轉(zhuǎn)速的增大，制品外殼氣泡數(shù)量增多；異氰酸脂和聚醚的質(zhì)量比接近1：1，穩(wěn)定劑質(zhì)量比一般在0.5-5％之間時能夠得到泡孔密度

7、均勻致密的泡沫夾芯。 結(jié)合本文所做工作及得到的結(jié)論，本文有以下幾點創(chuàng)新： 1)首次使用旋轉(zhuǎn)模塑成型工藝制成了連續(xù)纖維增強不飽和聚酯樹脂復合材料制品。 2)首次研究了連續(xù)纖維增強旋轉(zhuǎn)模塑工藝中樹脂交聯(lián)固化的化學變化與旋轉(zhuǎn)運動物理變化的耦合問題，獲得有價值的研究結(jié)論。 3)首次采用提高模具雙軸旋轉(zhuǎn)速度的方法，減少長纖維增強時制品表面氣泡缺陷。 4)首次使用拉格朗日一格拉平流重構(gòu)算法基于有限單元法對旋轉(zhuǎn)