高剪切及高温度梯度下聚合物PVT特性动态演化规律的研究

One of the important properties that determine the final dimensions of a product is the specific volume of the polymer and its evolution during processing, which has became the research focus in the field of polyer porocessing. With the injection molding products urgent requirement for "ultra-light, ultra-thin, ultra-precision" of aerospace, biomedical engineering and other fields，ultra-high-speed injection molding is widely used in the production of thin-walled precision injection molding products，thus polymer materials have also experienced pressure change suddenly, ultra-high shear and ultra-high temperature gradient, etc. which completely different from the ordinary injection molding process. Therefore, leads to dynamic evolution of polymer PVT (pressure - specific volume - temperature) characteristics in conditions the of high shear and high temperature gradient. Based on the early research and invention of PVT online testing technology , applicant will solve the test methods of the PVT properties in the conditions of high shear and high temperature gradient, study the macroscopic thermodynamic properties of materials affected by the polymer phase transition, crystallization and orientation of microstructure changes. Exploring the dynamic evolution rule of polymer PVT properties during ultra-high speed injection molding process， and further build the ultra-high speed injection molding PVT control method. The research results will lay the scientific theory foundation of independent research and development of ultra-high speed injection molding equipments and products quality molding control methods.

聚合物材料比容积V及其在成型过程中的演变规律是决定制品尺寸精度及质量的重要因素，因而成为近年来高分子材料成型加工领域的研究热点。针对航空航天、生物医学工程等领域对于注塑制品"超轻、超薄、超精密"的迫切要求，超高速注塑成型被广泛用于薄壁精密注塑制品的生产，聚合物也因此经历了压力骤变、超高剪切和超高温度梯度等完全异于普通注塑的加工过程。因此，引出了高剪切及高温度梯度下聚合物PVT(压力-比容积-温度)特性动态演化规律的问题。申请人将在前期研究并发明的PVT在线测试技术的基础上，突破解决高剪切及高温度梯度下的PVT特性测试方法，研究由于加工条件所引起的聚合物相变、结晶和取向等微观变化对材料宏观热力学性能的影响，探明超高速注塑成型过程聚合物PVT特性的动态演变规律，并进一步建立超高速注塑成型PVT控制方法。本课题研究成果将为自主研发超高速注塑成型装备及其成型制品质量控制方法奠定科学理论基础。

聚合物材料比容积V及其在成型过程中的演变规律是决定制品尺寸精度及质量的重要因素，因而成为近年来高分子材料成型加工领域的研究热点。针对航空航天、生物医学工程等领域对于注塑制品"超轻、超薄、超精密"的迫切要求，超高速注塑成型被广泛用于薄壁精密注塑制品的生产，聚合物也因此经历了压力骤变、超高剪切和超高温度梯度等完全异于普通注塑的加工过程，也引出了高剪切及高温度梯度下聚合物PVT(压力-比容积-温度)特性动态演化规律的问题。本项目发明并研制成功一种在高剪切及高温度梯度下获取PVT特性测试设备和方法，设备最高冷却速率为45℃/s，最大剪切速率320s-1，能够模拟实际注射工艺条件测试聚合物PVT特性。课题组深入研究了聚合物PVT特性动态演化规律，观察到提高冷却速率能够抑制聚丙烯结晶，剪切作用则促进结晶，二者耦合作用也对结晶有一定促进，在测试结果中则直接体现为聚合物PVT曲线的定向偏移。在此基础上，同时采用模拟和实验手段研究了PVT特性对注塑成型制品尺寸预测精度的影响；提出了等比体积保压控制方法并建立了控制模型，利用该方法能够有效地改善制品密度分布均匀性，减小制品的翘曲变形量和体积收缩率。此外，研究了光聚合注射成型中材料的PVT特性及其应用，研究表明光照和材料颜色均是影响PVT特性的重要因素。创新提出了石墨烯纳米镀层辅助的动态模温控制策略，通过实时控制聚合物成型加工过程中关键温度参数T的变化实现对制品成型精度的调控，特别是针对具有微细特征结构的聚合物制品。以上研究成果为超高速注塑成型装备及制品质量控制方法的自主研发奠定了科学理论基础。本项目已累计发表各类学术论文16篇，其中SCI收录3篇，EI收录1篇；申请专利9项，获国家授权发明专利7项；受邀参加国际学术会议4次，其中部分研究成果在2014国际聚合物成型加工学会(PPS)年会上受邀作为Keynote报告发表。