BMC固化过程的数值模拟.doc

BMC 固化过程的数值模拟 陈 锋 戴蓬勃 (华南理工大学工控系 ,广州 510641) 顾钧扬 黄凤来 (中山大学材料科学研究所 ,广州 510275) 摘 要 通过数值模拟 ,预测 BMC 在固化过程不同时刻的温度分布和固化度分布 ,为实 际生产中的模具温度和固化时间提供了理论依据 。 关键词 :BMC 固化温度 数值模拟 0 前言 以不饱和聚酯树脂为基体的注射用块状 模塑料 (BMC) 具 有 绝 缘 性 好 、耐 热 、尺 寸 稳 定 、强度高等一系列优点 ,正愈来愈广泛地使 用在家用电器 、工业电器和汽车零部件等领 域 。但是 ,由于 BMC 的固化是由引发剂提供 1 . 1 BMC 配方 原料 (份) 818 # 不饱和聚酯树脂 100 短切玻璃纤维 50 过氧化苯甲酸叔丁酯 1 阻聚剂 B 0 . 2 的自由基作用下的连锁反应 ,其固化过程中 的放热特性及热传递将关系 到 制 品 的 固 化 度 、产品质量以及生产成本 ,处理不当将会造1. 2实验用仪器设备 Perkin Elmer DSC 7 Pentium Ⅱ 266成制品后收缩 、无蠕动和初始裂纹 ,使制品报 废1 。而且 ,BMC 组分复杂 , 对于不 同 批 号 原材料和不同制品所需的不同配方 ,其热行微机测温记录系统 螺杆式 BMC 注塑机 注射试样用模具 填料及添加剂 400  为又是有所区别的 。因此 ,我们有必要寻找 快捷简单而又能非常清楚了解 BMC 制品的 整个固化过程的方法 。 根据自催化模型 Ⅰ,应用二维有限差分 法求解 ,进行精确的数值模拟 , 得到 BMC 在 固化过程的各个时刻的温度 场 和 固 化 度 分 2 数值模拟依据 BMC 在模腔中 固 化 所 涉 及 的 热 力 学 问 题主要是 BMC 的固化反应和热量传递2 。 对于固化反应动力学模型 ,本文采用自 催化反应模型 Ⅰ: 布 ,以作为制定实际工艺参数的理论依据 。 1 实验 dα = ( k 1 d t  + k2αm ) ( 1 -  α) n k1 = k0exp ( - E1/ RT) k2 = k0exp ( - E2/ RT)  k1 , k2 :随温度变化的动态反应常数 m , n :动态指数 , 一般 ( m + n) = 2 αp :固化反应最快时的物料的固化度 tp :固化反应最快时所对应的时间 α′p :固化反应最快时的固化反应速度 此模型对温度场的数值模拟具有足够的 精 度 , 且 各 参 数 可 通 过 DSC 实 验 方 便 获 得3 。用 DSC 测试分析仪自 动 对 热 流 曲 线 进行积分处理 ,得 Q2 t 曲线 ,将 Q 除以总放 热量 Q0 就得到 α2 t 曲线 。从以上曲线可以 确定希望得到的参数 k1 ,αp ,αp 。表 1 所示 为各温度下从 DSC 曲线上所取得的 k1 ,αp ,  表 1 温度 ( K) 383 388 393 398 404 413 423 433 k1/ min21 0 . 020 0 . 023 0 . 037 0. 045 0. 053 0 . 073 0. 0107 0 . 170 ap 0 . 243 0 . 258 0 . 302 01360 0. 434 0 . 454 0 . 468 0 . 472 ap/ min21 0 . 045 0 . 053 0 . 127 0. 242 0. 382 0 . 853 1 . 877 2 . 482 k2/ min21 0 . 110 0 . 137 0 . 380 0. 630 1. 421 2 . 713 3 . 680 4 . 311 m 0 . 630 0 . 659 0 . 690 0. 773 0. 906 1 . 019 1 . 120 1 . 232 n 1 . 370 1 . 341 1 . 310 1. 227 1. 094 0 . 981 0 . 880 0 . 768 tp/ min 22 . 0 13 . 3 8 . 4 5 . 2 3 . 2 1 . 5 0 . 6 0 . 4 αp , tp 值和通过计算所得的 k2 和 m 、n 值 。对 于热量传递 ,本文作如下假设 : (1) 温度边界条件假设 : 模腔内表面各点 的温度与模具设定温度相等且保持恒定 。 (2) 整个温度模拟过程中 ,考虑模腔传热 及固化放热对温度场的影响 ,不考虑由于物料 收缩而