聚合物热黏弹塑性微热压成型机理研究

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针对聚合物微热压成型过程的热黏弹塑性变形的屈服、软化、硬化本质特征难以准确预测的关键科学问题,本文研究构建了能科学描述聚合物屈服、软化、硬化的热黏弹塑性变形本质特征的新型热黏弹性-黏塑性应力应变本构模型,以此构建了热黏弹塑性微热压成型机理模型及其与其相适应的数值模拟方法,系统开展了水稻叶仿生超疏水特性的聚合物微结构阵列仿生自清洁功能表面结构的微热压成型过程模拟研究,研究构建了成型工艺参数-聚合物性能参数-微热压成型特性的关联理论,揭示了其微热压成型机理,为丰富发展聚合物微热压成型流变学理论奠定了科学的理论基础。主要取得如下成果:
  研究构建了科学描述聚合物固体屈服、软化、硬化的热黏弹塑性变形本质特征的新型热黏弹性-黏塑性应力应变本构模型,以此构建了热黏弹塑性微热压成型过程的数值模拟方法,有效解决了具有应变软化特征的聚合物固相演化热黏弹塑性非线性有限元模拟的技术瓶颈,为微结构特征的聚合物微热压成型过程高精度的模拟仿真提供了技术支撑;
  通过水稻仿生超疏水特性的聚合物微结构阵列仿生自清洁功能表面结构微热压成型过程的模拟仿真,研究构建了热压成型温度-热压充填高度-基片变形应力、热压压印力的关联关系。研究表明:在相同热压高度下,聚合物基片所受的当量应力与热压成型温度呈负关联关系,而当热压温度一定时,基片所受的当量应力与热压成型充填高度近似呈线性正关联关系。在相同的热压高度下,压印力与热压成型温度呈负关联关系,而在相同热压温度的情况下,压印力与热压成型充填高度呈正关联关系;
  研究发现处于热黏弹塑性固态的聚合物基片的当量应力沿基片底表面至热压上表面呈先逐渐增加,再突然骤降,最后恢复逐渐增加的演化规律,表明在接近热压上表面附近区域,出现了当量应力突然骤降的局部低应力环状区,体现了应变软化特征。
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