基于多层形态演化的外部气体辅助注塑成型聚合物运动变形研究

External Gas-Assisted Injection Molding (EGAIM)is a low-cost polymer process to produce high-precision plastics parts, whichcan remove sinkmark and reduce warpage of plastics part. However, there is little fundamental research for the EGAIMto support its application in large-scale manufacturing.Based on previous research, this proposal aims to conduct fundamental study of EGAIM by using both experimental methods and numerical analyses. It will investigate the evolution, deformation, and flow of polymer in EGAIM. Special care will be given todetermination of frozen layer thicknessand the factors affecting the deformation of frozen layer. The main research contents include:exploring evolution of frozen layer; studydeformationin frozen layer and slow viscous flow in melt layer; investigating the relationships among crystallization, deformation, and flowof polymers; and determining the factors affecting deformation and breakage ofboth amorphous and semi-crystalline polymers, respectively.. The outcomes of this proposal willgive a better and deeper understanding of the phase evolution, flow, and deformation of polymers during injection molding process, andimprove the quantitative research of injection molding process. This study will have broad impact and promising applications in the manufacturing of plastics products with large dimension and high precision.

外部气体辅助注塑成型具有消除缩痕、减小翘曲的优势，可实现聚合物制品的低成本高精度成形制造。然而，目前相关基础研究还不能支持该成型方法的大规模推广应用。本项目将在项目组现有研究基础上，提出各层形态演化和运动相耦合的塑料注射成型过程研究方法，基于理论分析、数值模拟和实验研究，阐明外部气体辅助注塑成型中聚合物多层形态演化和运动变形规律，重点解决凝固层的界定和变形条件问题。具体研究内容包括：研究聚合物多层形态演化规律，进行凝固层界定；研究凝固层聚合物变形和熔体层聚合物流动规律；研究结晶与聚合物变形运动之间的耦合影响关系；分别研究无定型和结晶型聚合物的凝固层变形条件和破裂条件。. 本项目成功后将提高对成型过程聚合物形态演化和运动变形的认识，有望促进成型过程定量研究的发展。研究成果将在高精度注塑制品、大型制品的低成本成型方面具有广阔的应用前景。

外部气体辅助注塑成型具有消除缩痕、减小翘曲的优势，可实现聚合物制品的低成本高精度成形制造。然而，目前相关基础研究还不能支持该成型方法的大规模推广应用。本项目结合理论分析、数值模拟和实验研究，在材料特性研究、冷却凝固层界定与变形特性研究的基础上，研究了外部气体辅助注塑成型中聚合物多层形态演化和运动变形规律。. 本项目的主要研究工作如下：1. 研究了外部气体辅助注塑成型中气体对温度场的影响，结合实验、模拟、理论分析了外部气体辅助注塑成型中气体对非晶聚合物和结晶聚合物温度历史的影响规律，为制品缩痕消除的机理研究提供基础数据。2. 分别研究了ABS和PP的力学特性，建立了这两种聚合物力学特性与温度的定量关系，总结了外部气体辅助注塑成型中聚合物凝固层的变形特性。3. 研究了结晶性聚合物在外部气体辅助成型的应用，结果表明外部气体辅助注塑成型对结晶聚合物制品的缩痕有较好的改善效果，对外部气体辅助注塑成型应用在结晶聚合物制品中效果不好的传统观念发起了挑战，同时本项目总结了工艺参数对结晶型制品缩痕的影响规律。. 本项目的成果可提高对成型过程聚合物形态演化和运动变形的认识，为外部气体辅助成型技术的应用提供科学依据和技术指导，特别有益于该技术在结晶性聚合物中的推广。