长纤维增强热塑性复合材料具有高韧性、高抗冲击性、废料能回收利用和材料储存要求低等特性,被广泛应用于汽车、航空航天、机电和建筑等行业。长纤维增强热塑性塑料直接注射成型技术是指通过专用设备将长纤维和热塑性塑料直接注射为制品的成型方法。长纤维增强热塑性塑料直接注射成型技术可以满足生产厂家对制品配方的定制要求,制品的生产过程具有工序简单、流程简短以及节能环保等特点。长纤维增强热塑性塑料直接注射成型技术可分为在线配混挤注成型和纤维直接喂入注射成型。在线配混挤注成型技术相对成熟,与在线配混挤注成型相比,纤维直接喂入注射成型大大降低了设备成本,减少了能量的消耗,德国和日本最早开始纤维直接喂入注射成型的相关研究,然而国内缺少相关研究,本文开展长纤维直接喂入注射成型技术的研究,主要研究内容如下:(1)塑化系统对热塑性塑料的熔融塑化和热塑性塑料与纤维的混合起重要作用,通过分析两阶螺杆产量与纤维加料量之间的关系,建立最大背压和最佳泵比公式,并得到螺杆参数确定时的最大纤维加料量,设计长纤维增强热塑性塑料直接注射成型专用螺杆。分析机筒纤维加料口结构对溢料的影响,确定纤维加料口的结构。(2)基于Polyflow对长纤维增强热塑性塑料塑化系统混合流场中的压力、剪切速率、剪切应力、混合指数和累积停留时间进行数值模拟,分析转速对混合流场中各个指标的影响,研究螺杆元件及转速对纤维混合和长度的影响规律。(3)利用Moldflow对拉伸试样进行充填仿真,分析纤维取向和断裂机理;以模具温度、熔体温度和充填时间为单一变量,对纤维取向和断裂进行数值模拟,获得单因素工艺参数对纤维取向和长度的影响规律。(4)基于响应曲面法以模具温度、熔体温度和充填时间为变量,最短纤维长度为响应,进行二阶多项式模型拟合及方差分析,得到提高纤维长度的最优工艺参数组合;通过最优工艺参数下的仿真结果和模型预测结果进行对比,证明响应曲面法在注塑工艺参数优化上的可行性。