SMC模壓流動中纖維取向的研究與模擬.pdf

1、摘要門月.，尸片狀模塑料(簡稱SMC)主墓壓)AT工藝是近年來在國內(nèi)外受到普遍重視的短纖維增強(qiáng)“““撇些令模”料從熔融狀態(tài)至9固體狀態(tài)的過程中，纖維基”混“物在模具中發(fā)生流動變形，變形改變了纖維的取向。在流動結(jié)束后，纖維的最終取向也將保留在固體部件中，纖維的取向狀態(tài)對部件的力學(xué)和物理性能都有很大的影響。因而研究短纖維增強(qiáng)聚合物的流變性能，流動過程中的纖維取向就顯得極為重要。同時，準(zhǔn)確的模擬對目前的加工過程中的錯誤診斷以及流程控制都有重要

2、意義。本文在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助下，研究了:‘的模壓流動及其充模過程中的纖維取向行為)在文章的理論部分，首先分析了smc熔體的流變行為，基于流體力學(xué)基本理論，引用廣義HeleShaw模型作為SMC模壓流動的理論模型。接著研究了在流動的懸浮液中描述和預(yù)測纖維取向的理論，導(dǎo)出了二維流場中纖維取向的數(shù)學(xué)模型。在數(shù)值計算與分析中，根據(jù)SMC模壓流動分析和纖維定向分析的數(shù)學(xué)模型，編制SMC模壓流動及充模過程中纖維取向的計算機(jī)程序。程序中用有

3、限單元控制體方法模擬模壓流動，用表征纖維取向的張量和有限元伽遼金方法來解決瞬時纖維取向方程，用計算機(jī)圖形原理編程實(shí)現(xiàn)對SMC流動軌跡、纖維取向分布的計算機(jī)模擬。最后通過實(shí)例對二維薄板在恒定合模速率下的纖維取向進(jìn)行了計算機(jī)模擬計算。賡結(jié)果對SMC鋪料的方式、模具設(shè)計以及壓制工藝參數(shù)的最終確定具有一定的理論指導(dǎo)意義。卜一關(guān)鍵問:模壓流彩纖維取Pv取向張v計算機(jī)模研控制體鯉澎.法(CVFEM)一叫..，武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論1.1

4、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與存在的問題d，，十短纖維復(fù)合材料是一種重要的工程材料，因?yàn)槔w維的存在，與原來的純基體材料相比，其剛度、強(qiáng)度、耐熱性能都有顯著增加。盡管短纖維材料與長纖維材料相一比，力學(xué)性能不太好，但其加工過程簡單，加工費(fèi)用低廉，因此在工業(yè)范圍得到廣泛應(yīng)用。按照成型工藝的不同，短纖維復(fù)合材料加工可分為注塑成型、擠出成型、模壓成型等。在過去，因?yàn)樽⑺艹尚秃推渌庸すに嚨囊撞僮餍裕撼尚秃苌僖鹑藗冏⒁?。最近幾年，由于輕質(zhì)高強(qiáng)部件的大量需要

5、，尤其是在汽車工業(yè)中，模壓成型已越來越為人們所重視。模壓成型中常用的模壓料—片狀模塑料(SheetMoldingCompound，簡稱SMC)是在60年代初發(fā)展起來的一種“干法”制造玻璃纖維增強(qiáng)聚脂制品的新型模壓用料。其物理形態(tài)是一種類似“橡皮”的夾芯材料，“芯子”由經(jīng)樹脂糊充分浸漬的短切玻璃纖維(或氈)組成。SMC模壓制品具有優(yōu)良的電氣性能(尤其是抗漏電性能)、機(jī)械性能、耐熱性能、耐化學(xué)腐蝕性和尺寸穩(wěn)定性，同時可根據(jù)需要調(diào)節(jié)各組成成分

6、的類型和用量以獲得具有特殊性能要求的產(chǎn)品。八十年代以來，不少學(xué)者對SMC的模壓流動[P1、流動過程中的纖維取向以及流動和取向的計算機(jī)模擬進(jìn)行了有益的探索12)1.1.1SMC模壓流動理論SMC的模壓成型過程是一個看似簡單，實(shí)則復(fù)雜的過程。它涉及到材料流變學(xué)、熱傳導(dǎo)學(xué)、反應(yīng)動力學(xué)和流體力學(xué)等諸多方面的知識，眾多的影響因素決定了SMC模壓料在模腔中的流動是一種十分復(fù)雜的過程，其流動行為則是決定模壓制品質(zhì)量的最重要因素，它不僅反映模腔的填充率

7、，而且還影響著制品的纖維取向與分布、空隙率與表面缺陷，而模壓料的流動性則正是其流變性的體現(xiàn)。一些學(xué)者根據(jù)SMC所受應(yīng)力類型的不同，對其流動行為進(jìn)行了分類，一般可分為三種類型剪切流動、拉伸流動、體積壓縮流動。近年來圍繞SMC流變性的研究，許多研究工作者提出了各自不同的流動模型，目前應(yīng)用最廣泛的主要有Heleshave模型和滑移擠壓流動模型。前者適用于無滑移的條件，由此求出的穿越厚度方向的速度曲線為拋物線型:后者允許有滑移現(xiàn)象的出現(xiàn)，由此得