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基于非平衡现象的金属/聚合物梯度结构的射出成型及模内自组织机理与调控机制
结题报告
批准号:
51574113
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
戴亚辉
依托单位:
学科分类:
E0414.材料冶金加工
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
阎新萍、曹新鑫、杨文朋、杨佳、刘奎、贺超峰、许明路
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中文摘要
组成复合化以及结构非均质化的材料开发技术已成为提高材料性能的重要途径,而材料/结构一体化成形的短流程近终形成形技术作为材料功能创新的重要手段以及高效、节能成形技术受到极大关注。本项目基于射出成型技术,采用自行研制的非平衡精密调控装置及技术调控模腔的热力学状态,通过模腔内的低熔点金属/高分子融液与外界交换能量引入负熵流,进而打破融液原有的混沌无序平衡并向有序转化,并在模腔内自组织形成有序的金属/高分子梯度耗散结构。通过研究非平衡射出成型过程中的成分设计和有序结构演化规律、形成机制以及调控机制,建立非平衡射出成型制备下的成分、结构和性能的关系。本项目的完成将有助于丰富非平衡成形理论和发展非平衡成形新技术,形成金属/高分子梯度结构的非平衡注射成型的自组织加工技术,为一体化成型金属/高分子梯度复合材料奠定了理论基础,对非均质的金属/高分子梯度材料的一体化短流程近终形成型技术的工业应用具有指导意义。
英文摘要
The material development technology of the complex component and heterogeneous structure has become an important way to improve the performance of the materials. As an important way of the material functional innovation, the high-efficiency and energy-saving molding technology, the near-net shape molding technology of short process of the integral molding materials/structure has drawn a great attention. In this project, the precise regulated device and technology of are manufactured to control the non-equilibrium thermodynamic state in the molding cavity, the negative entropy flow is introduced through the energy exchange between the system outside and the low-melting metal/polymer melt in the molding cavity, and the original chaotic state of the melt is changed to the order state, and then the ordered gradient of dissipative structure of the metal/polymer mold cavity is formed by self-organization. Moreover, by researching the composition design, the evolution laws, the formation mechanism and the regulation mechanism of the ordered structure in the process of the non-equilibrium injection molding, the relationship between composition, structure and performance under the non-equilibrium injection molding is established. The completion of the project will enrich the non-equilibrium molding theory, develop the new non-equilibrium forming technology, form the self-organizing processing technology of the unbalanced injection molding of the metal/polymer gradient structure, lay a theoretical basis for the molding processing of the integrated molding metal/polymer gradient composites, and have a guiding significance for industrial application of the near-net shape technology of short process of the integral nonhomogeneous metal/polymer materials with gradient structures.
组成复合化以及结构非均质化的材料开发技术已成为提高材料性能的重要途径,而材料/结构一体化成形的短流程近终形成形技术作为材料功能创新的重要手段,以及高效、节能成形技术受到极大关注。基于传统的聚合物注射成型技术,研制开发了可分别适用于卧式注射成型机和立式注射成型机的非平衡注射成型模具,以及向其模腔定向引入稳定负熵流的精确控制装置,通过仿真模拟、实验验证了其对型腔内的负熵流调控可靠、高效、稳定、精确、以及响应速度快等特性,同时提出并验证了非平衡注射成型的工艺路线及控制参数。进行了晶态聚合物、无定形聚合物梯度结构、无定形/晶态聚合物、低熔点金属/晶态聚合物、低熔点金属/无定形聚合物梯度结构的 . 非平衡注射成型研究,解明了模内梯度结构自组织形成机制,是源于负熵流所引发的热流与物质流的外因,通过共混组分的热运动能力的差异之内因作用,使得共混熔体内热运动能力弱的组分偏析并停留在能量流出侧,热运动能力强的组分偏析并停留在能量流入侧,在负熵流方向形成浓度差,并最终形成非均质的梯度型相分离结构。型腔内定向而稳定的负熵流,是形成梯度结构的决定因素,调控型腔的热力学状态,可以控制断面的微相分离形态结构,选择性地制备各向同性的均一的海-岛型微相分离结构,或梯度型、甚至阶跃型微相分离结构的梯度功能材料或制品,实现对形态结构及制品性能的有效控制。改变负熵流强度,可调节各组分在负熵流方向的分布区域、浓度,缩短保压耗散时间;通过保压耗散时间中断,或充分演进发育,实现形态控制;调整重力与负熵流的方向、聚合物粘度,促进或延缓演化进程,调控梯度结构的型式与形貌,缩短必要的保压耗散时间。这一“材料/结构一体化成型的短流程近终形成形技术”,可通过合理调控成型诸要素,获得多样的非均质结构,实现多彩功能,其短成型周期,满足工业化对效率、成本控制要求,宜批量制备非均质结构材料及部件,具备了工业化应用的基本要素,应用前景光明。
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DOI:--
发表时间:2020
期刊:塑料工业
影响因子:--
作者:王丹华;薛燕淑;李亚楠;徐子洁;阎新萍;戴亚辉;曹新鑫;杨佳;李继功
通讯作者:李继功
DOI:--
发表时间:--
期刊:塑料
影响因子:--
作者:王丹华;赵艺瑾;刘奎;徐子洁;阎新萍;戴亚辉;杨佳;曹新鑫;李继功
通讯作者:李继功
DOI:--
发表时间:2018
期刊:中国塑料
影响因子:--
作者:蔡国辉;何小芳;白玉峰;曹新鑫
通讯作者:曹新鑫
DOI:--
发表时间:2020
期刊:化工新型材料
影响因子:--
作者:刘亚飞;李亚楠;刘奎;王丹华;徐子洁;张孟;阎新萍;杨佳;曹新鑫;李继功;杨文朋;戴亚辉
通讯作者:戴亚辉
Nanoclay Reinforced Self-Cross-Linking Poly(N-Hydroxyethyl Acrylamide) Hydrogels with Integrated High Performances
具有综合高性能的纳米粘土增强自交联聚(N-羟乙基丙烯酰胺)水凝胶
DOI:10.1002/mame.201800295
发表时间:2018-09-01
期刊:MACROMOLECULAR MATERIALS AND ENGINEERING
影响因子:3.9
作者:Yu, Xianqiang;Li, Yu;Chen, Qiang
通讯作者:Chen, Qiang
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