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水辅助共注塑技术(Water Assisted Co-Injection Molding,WACIM)是一种集合了水辅助注塑(Water Assisted Injection Molding,WAIM)技术和共注塑(Co-Injection Molding,CIM)技术优点的可生产具有多层结构中空制品的新型注塑技术。共混物在WACIM技术中的应用可有效改善产品的性能和该工艺的适用性。但目前国内外对共混物的WACIM工艺的研究尚属空白。为此,本文以基相为聚丙烯(Polypropylene,PP)和分散相为聚酰胺6(Polyamide 6,PA6)的共混物为外层,纯PP为内层的WACIM工艺为研究对象,借助实验和模拟相结合的手段,考察分析工艺参数、共混物材料配比对成型试样壁厚分布、力学性能、微观形态结构分布的影响规律及影响机理,以期更好地理解和把握共混物的WACIM工艺。本文的主要工作内容及结论如下:(1)阐述了WAIM、CIM和WACIM等技术的成型原理、过程、理论研究以及共混物在注塑工艺中的应用,并确定了本文的研究内容和思路。(2)通过共混挤出造粒机制备分散相PA6质量百分比为10%、20%、30%和40%的PP/PA6共混物,并进行熔融指数性能测试。发现:随着温度升高,共混物熔融指数提高;随着PA6质量百分比的增大,共混物熔融指数降低。(3)通过正交实验考察了分散相与基相配比为3:7的PA6/PP共混物的WACIM工艺中工艺参数对壁厚分布的影响,发现:管件总残余壁厚和外层壁厚随外层熔体注射温度升高呈下降趋势,而内层壁厚变化趋势不明显;管件总残余壁厚和外层壁厚随熔体切换延迟时间增大呈增加趋势,而在3s时间以上时内层壁厚变化趋势不明显;管件总残余壁厚、外层壁厚和内层壁厚随注水延迟时间增大呈增加趋势;管件总残余壁厚和内层壁厚随注水压力增大呈下降趋势,而在7MPa压力以上时外层壁厚变化趋势不明显;随着内层熔体注射压力增大,管件内层壁厚呈增加趋势,外层壁厚呈下降趋势,而总残余壁厚变化趋势不明显;随着模具温度增大,管件总残余壁厚、外层壁厚和内层壁厚均呈下降趋势。通过单因素实验考察了PP/PA6共混物的WACIM工艺中的共混物材料配比对壁厚分布的影响,发现:在选定的工艺条件下,PA6质量百分比为10%时,外层残留壁厚略薄,而在PA6质量百分比为20%-40%时,外层残留壁厚更厚些。(4)通过拉伸实验考察工艺参数和共混物材料配比对WACIM管件拉伸强度的影响,发现:管件拉伸强度随外层熔体注射温度的升高而下降,随熔体切换延迟时间和注水延迟时间的增大而增加;而模具温度对管件拉伸强度的影响不明显。PA6质量百分比越大,管件的最大拉伸载荷和拉伸强度越大;当PA6质量百分比为10%-20%时,断裂伸长率增加,而当PA6质量百分比为20%-40%时,断裂伸长率下降。(5)通过偏光显微镜(Polarized optical microscopy,POM)和差示量热扫描仪(Differential scanning calorimetry,DSC)的微观观测考察了各相结晶形态、结晶度及分布特点,以及微观形态与工艺及力学性能间的关联。研究发现:所有PA6质量百分比的样品中近模壁处、外层近界面处、内层近界面处和近水处更容易形成致密的晶体分布,外层中间位置和内层中间位置晶体分布相对粗大稀疏;拉伸强度最小的22号样品要比拉伸强度最大的5号样品的各相结晶分布更加细小致密;在管件外层,不同质量配比的WACIM管件中PP的结晶度从近模具壁处到近界面处均呈下降趋势,其中10%PA6共混物的PP结晶度变化幅度较小,而40%PA6共混物的PP结晶度大幅下降。除30%PA6共混物外,其他三种配比表现为PA6含量越高,PP结晶度越大。在管件内层的PP结晶度分布无规律可循。在管件外层,除30%PA6共混物的PA6结晶度从近壁面到近内层界面处线性下降外,其他三种质量配比都表现出中间位置处PA6的结晶度最高,而近模壁处和近内层界面处结晶度更低;PA6质量百分比为40%的PA6中间与两侧的结晶度差异较小。在管件内层,5号管件和22号管件中PP的结晶度表现为内层中间位置处PP的结晶度最高,而内层近界面处和近水处结晶度低。在管件外层,5号管件PP结晶度越往内结晶度越低,而22号管件在近内层界面处PP的结晶度最高。在管件外层,5号管件中PA6的结晶度始终大于22号管件中PA6的结晶度,说明PA6结晶度越高,材料拉伸强度越大。(6)基于ANSYS–Fluent软件平台,结合自编UDF函数,实现了WACIM工艺充填过程的模拟。模拟发现:在内层熔体穿透时,穿透前沿前面的外层熔体截面速度曲线表现为接近柱塞流的特征;在穿透前沿后的外层熔体在内层熔体的流动下还有较小的拖曳流。外层熔体速度随内层熔体前沿的穿透迅速下降,临近凝固壁面的外层熔体应变率峰值随内层穿透的进行迅速下降,临近内层穿透界面内的内层熔体应变率随内层前沿穿透迅速上升;临近穿透界面的外层熔体应变率随着内层熔体的穿透先向上小幅上升,而后迅速降低。在水穿透时,水的穿透对外层熔体没有影响,水穿透后对外侧的内层熔体无拖曳作用;临近穿透界面的内层熔体速度随水前沿的穿透迅速下降,临近外层熔体的内层熔体应变率峰值随水穿透的进行迅速降至0,临近水穿透界面处的内层熔体的应变率随水前沿穿透的进行先升高而后下降至0。通过模拟分析的结果印证和解释了结晶形态及分布和结晶度差异的形成原因,结合实验和观测的结果更好地揭示了PP/PA6共混物的WACIM成型过程和成型机理。