[发明专利]薄壁大曲率聚碳酸酯塑件注塑成型后非均匀屈服应力的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄壁大曲率塑件非均匀屈服应力的检测方法，特别涉及一种薄壁大曲率聚碳酸酯塑件注塑成型后非均匀屈服应力的检测方法。

背景技术

热塑性聚合物聚碳酸酯(Polycarbonate，简称PC)由于其高透明性和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，并且被广泛应用在冲击保护产品中，其中包括宇航员面罩、护目镜、飞机座舱、挡风玻璃、车窗等，因此，分析PC产品冲击性能的影响因素变得尤为重要。

文献“Predicting the Long‐Term Mechanical Performance of Polycarbonate from Thermal History during Injection Molding[J].Macromolecular Materials and Engineering,2009,294(12):829-838.”研究了随着模具温度的升高，屈服应力也随即增大，但是，即使模具温度不变，对于一个复杂的薄壁大曲率聚碳酸酯塑件模型，屈服应力在产品内的不均匀性是相当大的且并不能被一个固定值σ代替，成型过程中产品的力学性能对其冲击性能的影响尤为重要。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，在整个成型过程中，从熔体到凝固阶段的热历史会影响PC产品的屈服应力。并且，对于一个复杂形状的产品，热历史在一个产品的不同位置是不一样的，并且对于一个产品的不同部位，其屈服应力的不均匀性是相当大的。因此，对于一个合理、安全的PC产品设计，合理检测分析薄壁大曲率塑件屈服应力的不均匀性对于分析样件在冲击载荷条件下的机械性能变得尤为重要。

发明内容

为了克服现有薄壁大曲率塑件非均匀屈服应力的检测方法实用性差的不足，本发明提供一种薄壁大曲率聚碳酸酯塑件注塑成型后非均匀屈服应力的检测方法。该方法通过建立薄壁大曲率塑件有限元模型，再进行注塑成型有限元模拟，最后进行热历史-屈服应力计算，最终获得薄壁大曲率塑件非均匀屈服应力。本发明通过获取不同模具温度下PC材料每个单元的热历史数据，依靠本构方程求出每个单元的屈服应力，由力学性能从而进一步分析和优化薄壁大曲率塑件的冲击行为，最终设计出一个最优化的抗冲击薄壁大曲率聚碳酸酯产品，实用性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种薄壁大曲率聚碳酸酯塑件注塑成型后非均匀屈服应力的检测方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、采用商用软件ANSYS构建薄壁大曲率塑件的几何模型并进行材料属性赋值和有限元网格划分。

步骤二、基于商用软件Moldflow，对薄壁大曲率塑件进行注塑成型仿真模拟，将模具温度依次设定为60℃、80℃和120℃，获得不同模具温度下薄壁大曲率聚碳酸酯塑件每个单元的热历史数据。

步骤三、薄壁大曲率聚碳酸酯塑件注塑成型过程等效为退火过程，根据时温等效原理，构造出一条屈服应力主曲线，用公式

计算屈服应力-退火时间主曲线转换因子。

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。

步骤四、根据屈服应力-退火时间主曲线，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。

冷却过程中薄壁大曲率聚碳酸酯塑件约束：

式中，T_g为PC的玻璃态转变温度；为冷却过程的累积等效时间；T_c(t)为注射过程中材料的热历史。

步骤五、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。

经实验验证，冷却温度在玻璃态温度以下，t_a为0.因此，温度在玻璃态温度以下，屈服应力：

步骤六、重复步骤三到步骤五，得到不同模具温度下薄壁大曲率塑件不同位置的每个单元的屈服应力。