长纤维增强聚合物注塑件翘曲变形数值模拟

任昂

摘要：長纤维增强热塑性塑料颗粒（lft–g）通过连续纤维和树脂熔胶及其他各种附件注入模具型腔，然后冷却并切割成强化树脂颗粒，如增强纤维和树脂颗粒。对于短纤维增强复合材料，长纤维与树脂的结合面积较大，与树脂界面的结合力较大，传递给纤维的有效树脂载荷长度增加，大大提高了复合材料的力学性能，可广泛应用然而，众所周知，注射成型产品在剪切场作用下形成了一个皮肤-核心结构。对于纤维增强聚合物复合材料，纤维沿皮肤流动方向具有较高的取向，芯层具有较随机的取向，取向较低，产品各向异性增大，从而影响产品力学性能的稳定性并增加产品的褪色度。因此，管制长纤维增强聚合物的微观结构尤为重要。本文在此基础上研究了长纤维增强聚合物注射成型零件的蠕变变形数值模拟，以供参考。

关键词：长纤维增强聚合物;注塑件翘曲变形;数值模拟

引言

近年来，由长纤维增强的聚合物材料引起了人们的严重关注，并具有刚性和耐热性、流动性和尺寸稳定性等优点，以及比短纤维增强材料的使用寿命更长。但是，由于纤维的长度，纤维在加工过程中相互作用更强，使得纤维定向机制更加复杂。Jeffery方程通过添加标量元素来表示纤维相互作用对方向的影响，在此基础上，应用缩小变形闭合方法给出了RSC方向模型，该模型减少了第一方向方向预测过早的问题，但长纤维方向的预测精度仍然不足随后，RSC模型中的各向同性标量元素被“各向异性旋转扩散”（ARD）张量元素所取代，并提出了ARD-RSC方向模型，以有效描述长纤维相互作用的各向异性性质。

1长纤维断裂理论

注塑过程中增强聚合物纤维折叠模型最初由Phelps和Tucker开发为统计模型，用于描述流动感应屈曲和剪切应力导致纤维折叠的可能性。典型Euler曲率表示：

gen/+t+v ni =-pini+-kRIKk（5）是rik因li光纤性能断裂而产生长度lk纤维;v是熔体速度的混合方程（2）、方程（3）和方程（5）以及纤维取向模型，聚合物流动的控制方程求解纤维列表。

2注塑件材料各向异性模型

在注射成型过程中，熔胶中的纤维沿熔胶流动方向与熔胶流动方向对齐。冻结墙层顶部的纤维方向通常是沿熔体流动方向的垂直方向或沿熔体流动方向的随机方向。此射出过程中的纤维可透过「间隙塔克」方程式来描述：

式中：K_p为聚合物体积模量，定义为K_p=。其中，G₁₂为平面内剪切模量;G₂₃为平面外剪切模量;v¹²为平面内泊松比;v₂₃为平面外泊松比;v_f12为纤维纵向泊松比;G_f12为纤维纵向剪切模量;v_p12为聚合物纵向泊松比;G_p12为聚合物纵向剪切模量;V_f为纤维体积分数。

3长纤维增强聚合物注塑件翘曲变形数值模拟

3.1试样制备

（1）LGF强化PP（PP/LGF）：PP和抗氧化剂、分散剂、润滑剂等，并在2螺杆挤出过程中熔化（温度210 c）成制造的列车形态（温度240 c），而列车形态的纤维则干燥，使lgf能够浸泡熔体。（2）用PP/lgf（PP/lgf/CNT）填充CNT：在制备PP/lgf时，CNT被添加到双螺杆挤出机的熔体比例中，lgf含量检查为30%，CNT含量检查为3%。（3）填充PP/ lgf （PP/ LGF/ sgf）：在制备PP/ lgf时，在双螺杆挤出熔融部分中加入纤维，检查lgf含量为30%，sgf含量为5%。（4）在PP/ LGF （PP/ LGF/ LCF）字段中填入PP和抗氧化剂、润滑剂等添加剂的混合物。2螺丝刀挤出机中的熔解物（210 c）进入制造的拉伸形状（240 c），纤维干燥分布在列车形状中，lgf和LCF混合液被熔缓冲浸透，用10毫米长的材料冷却、润湿和切割。

3.2长纤维参数对零件翘曲变形的影响

下图1显示了主要纤维参数（纤维线长、长度比、内容）如何影响零件的翘曲变形，该变形因零件的翘曲变形而分布不均。出于比较目的，本文仅比较了最大翘曲变形。

如图a所示，随着纤维的初始长度增加，翘曲变形会减小。纤维越长，纤维越容易弯曲，纤维之间的缠绕越强，有利于纤维的随机定向。与此同时，根据流动诱导纤维定向的动态原理，纤维越长，剪切率和流动比例越高，加工条件相同时，较长纤维定向速度就越慢，从而降低了一致定向的程度和 因此，材料的机械性质往往更具各向同性，从而降低模具零件的各向异性收缩率和翘曲变形。 如图b所示，随着初始纤维长度比的增加，翘曲变形会减小。由于一因素法，即模拟纤维的初始长度与纤维相同。线性比越高，纤维直径越小，纤维越多。研究表明，在一定范围内较长纤维的材料的等效效应可能会得到改善，而较大的纤维会提高较大材料的运动性能。从研究中可以看出，由于应力而增加纤维比例可能会导致变形，从而可以显着提高材料的运动性能，但在纤维层接近40%的情况下，它会逐渐减小。这是因为增加光纤层有利于聚合物中纤维的均匀分布、材料的各向同性分布以及各向异性的减小。但是，随着光纤层体积的增加，纤维废料也在增加，因为纤维的剪切速率在注射比较中提高了，力也降低了。

结束语

本文研究了喷涂水、熔体温度、模具温度和压力对聚合物流动增加时纤维取向和分布的影响。结果表明注射时间对纤维取向影响最大，纤维取向值随注射时间的增加而增加。当熔体温度或模具温度升高时，纤维方向值也会降低。压力对纤维取向的影响取决于速度/压力切换点。当速度/压力转换点为小时或时，切换点会增加压力。时，纤维方向值将减小或保持不变。此变更是由剪切应力和应力的交互作用引起的，即。，厚度方向上的剪切应力沿流动方向定向于纤维，沿流动方向定向于拉伸应力的水平方向。

参考文献

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