[发明专利]注塑成型工艺对薄壁大曲率聚碳酸酯塑件冲击行为影响的分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚碳酸酯复合材料冲击行为影响的分析方法，特别涉及一种注塑成型工艺对薄壁大曲率聚碳酸酯塑件冲击行为影响的分析方法。

背景技术

热塑性聚合物聚碳酸酯(Polycarbonate，简称PC)的透明性、高延展性、耐冲击性等优异性能，使其成为航空航天领域不可替代的新型结构材料之一，广泛应用于航空、航天不同构型的聚碳酸酯部件及宇航员的防护用品等。PC的耐冲击性，对于测量悬臂梁冲击试验，是热塑性材料中最好的。因此，使其适用于冲击应用包括飞机座舱罩、防护面罩、护目镜、挡风玻璃、车窗等。注塑成型是用于制造热塑性聚合物产品最广泛使用的方法。在整个过程中，熔融的聚合物被注入模腔中，之后在高填充压力下冷却，注塑成型聚合物机械性能的影响因素通常为加工过程的热历史。

文献“Processing-induced properties in glassy polymers:development of the yield stress in PC[J].International Polymer Processing,2005,20(2):170-177”公开了一种聚碳酸酯复合材料冲击行为影响的分析方法。该方法直接预测高聚物在注塑成型过程中屈服应力的分布，该方法是基于退火过程中PC材料处于玻璃态温度以下温度与屈服应力的演变关系，经过注塑成型过程的数值模拟，可以估计屈服应力在一个产品中的分布，证明了从熔体到固化时的热历史影响了成型后PC产品的屈服应力，但是，在整个过程中，只说明了成型工艺条件对成型后薄壁大曲率聚碳酸酯塑件屈服应力的影响，没有此种成型工艺条件对薄壁大曲率聚碳酸酯塑件冲击行为的影响研究分析。

发明内容

为了克服现有聚碳酸酯复合材料冲击行为影响的分析方法实用性差的不足，本发明提供一种注塑成型工艺对薄壁大曲率聚碳酸酯塑件冲击行为影响的分析方法。该方法对退火样件进行拉伸实验，测得不同退火温度下样件的屈服应力随着退火时间的变化曲线，构造一条屈服应力主曲线，计算主曲线转换因子。根据屈服应力-退火时间主曲线建立成型热历史与屈服应力的关系计算屈服应力。建立薄壁大曲率塑件有限元模型，然后对有限元模型施加相应的载荷边界条件，对模型内的所有单元应用失效准则进行判断，得出薄壁大曲率塑件在不同热历史情况下的冲击行为。由于建立了一条屈服应力主曲线，构造出了在退火过程中屈服应力的对数演化方程，从加工条件的角度出发，整个注塑成型过程中简洁明了地计算出屈服应力，分析了PC产品的冲击行为，优化得到最适合使用的薄壁大曲率聚碳酸酯塑件；从建模到计算的整个过程简洁高效，实用性强。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种注塑成型工艺对薄壁大曲率聚碳酸酯塑件冲击行为影响的分析方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、对退火样件进行拉伸实验，测得不同退火温度下样件的屈服应力随着退火时间的变化曲线，构造一条屈服应力主曲线，用公式

计算主曲线转换因子。

式中，ΔU_a为实验参数，205kj/mol；R为通用气体常数；T为任意退火过程的热历史；T_ref为参考温度。

步骤二、根据主曲线转换因子，用公式

计算注塑成型冷却过程中每一个模具温度下塑件的累积等效时间。

步骤三、注塑成型从玻璃态温度T_g冷却至模具温度直至成型结束的这一过程看做等效退火过程，用下式约束冷却过程中的PC材料：

T＞T_g：

T≤T_g：

式中，T_g为PC的玻璃态转变温度；T_c(t)为注射过程中材料的热历史。

步骤四、根据屈服应力-退火时间主曲线建立成型热历史与屈服应力的关系，用公式

σ_y＝σ_y，0+c·log(t_eff+t_a) (5)

计算屈服应力。

式中，σ_y，0，c，t_a为试验拟合参数；t_eff为等效时间。