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相对于一般聚合物材料，微孔发泡材料内部小而致密的泡孔结构使其具有诸多优异的物理性能。而气泡的长大是获得理想泡孔结构的关键因素。数值模拟是对气泡长大过程进行研究的一种有效手段。本文研究了气泡长大过程的数值计算、参数对气泡长大机理的影响以及数值计算在制品表面质量预测上的应用等问题。 根据细胞模型，分别从动量传递、质量传递、聚合物流变状态三个方面建立气泡长大的控制方程，对相关控制方程从时间和空间上进行离散，利用MATLAB编写气泡长大程序。利用已建立的数值算法，研究了气泡长大的机理及其影响因素。通过对气泡生长速率曲线和气泡内外压力变化曲线的分析，发现气泡长大的主要驱动方式分别为动量传递和质量传递。且在气泡长大的不同阶段，二者所提供的驱动力大小亦有所差别。在气泡生长前期，动量传递是主要的驱动方式，到了中后期，质量传递开始主导气泡的长大过程。接下来研究了聚合物物性参数、工艺参数和数值模拟初始值对气泡长大的影响。通过对单一参数取不同值，模拟了气泡半径曲线、气泡生长速率曲线、气泡内外压力差曲线和气泡表面浓度梯度曲线。前两类曲线用于观察气泡生长的动态过程，后两类曲线用来从机理上对气泡的长大进行分析。结果表明：表面张力和系统温度对气泡长大速率的影响较小，前者作用于动量传递过程，后者作用于质量传递过程；扩散系数、亨利系数的增大会显著促进质量传递过程，从而提高气泡的长大速率；系统初始压力和气泡初始半径的增大使气泡长大速率降低，但后者对气泡稳定后的尺寸基本无影响。 研究了微孔注塑制品表面粗糙度的形成原因，建立表面粗糙度计算模型，结合数值算法和注塑CAE分析实现了对制品表面粗糙度的预测。利用正交试验方法，讨论了不同注塑工艺参数对微孔发泡制品表面质量的影响。结果表明，熔体压强和熔体填充速率的提高使制品表面的粗糙程度有所降低，熔体温度和模具温度对表面粗糙度的影响不明显。  由于熔体压强在改善制品表面质量上效果最为明显，于是讨论了反压微发泡注塑成型下单个气泡的生长过程。发现在保压阶段，气泡生长速率有所降低，结果使表面粗糙程度下降。利用气泡内外压差曲线和表面浓度梯度曲线对其原因进行了分析，发现在保压阶段的气泡生长过程中，质量传递过程与常规微孔注塑成型基本无差别，但动量传递过程几乎不存在，致使气泡长大的驱动力减小，气泡生长速度降低。 |
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