透明聚碳酸酯注塑结构件成型-服役性能的数值和实验研究

本项目针对两个国家战略领域透明塑料结构件的制造过程：时速500公里试验动车的聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）车灯灯罩和宇航服头盔PC面窗。围绕应变速率温度相关的PC材料破坏机理、残余应力和取向定量预测的实验和数值方法、沿制品厚度方向多层次多形态结构的高应变速率下的本构模型等问题。重点开展不同厚度尺寸、不同温度高冲击条件下PC注塑件的破坏机理研究，加工过程中材料-工艺-残余应力-服役性能的数值与实验研究，以及PC制品高冲击过程的数值和实验研究等。目的是揭示高冲击条件下，温度相关的材料韧性、脆性破坏，以及相互转变的微观机理，实现残余应力和取向-制品服役性能的定量预测，以及成型工艺-残余应力-服役性能的一体化分析，为我国战略产品的制造和使用提供一定的理论和技术支撑。

项目研究针对国家战略领域透明聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）结构件的制造过程，重点完成了注塑成型工艺条件对PC冲击性能的影响研究，阐明了工艺条件对制品韧性断裂和脆性断裂的裂纹起始、扩展机理；研究了复杂服役环境对PC老化和冲击性能的影响，详细分析了热，稀酸溶液和盐溶液中PC的老化行为、破坏机理和脆韧转换的化学原因；同时针对聚合物的I型和III型断裂模式，重点分析了韧带的长度、预置裂纹大小、预置裂纹的方式对基本和非基本断裂功的影响；为了改进PC的冲击性能和热稳定性，重点开展了PC/SiO2纳米复合材料的降解和老化行为研究，证实了加入纳米SiO2粒子能够显著提高PC材料的热稳定性；除此之外，针对PC注塑制品的应力开裂问题，构建了一套基于化学探测法的应力开裂诊断技术，自主搭建了一套适用于密闭液体（溶剂）环境下、可进行弯曲应力松弛和蠕变实验的环境应力开裂组合实验装置等。项目研究成果已经应用到新一代航天服（太空工作站用）头盔面窗的研制过程中。项目共发表标注资助学术论文31篇，其中SCI论文28篇。获得发明专利2项，培养毕业博士后1人、毕业博士生1人、毕业硕士生10人。