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亏,Yizhe陈,回族,程高,秋阳呗, ”皮肤注射成型TPE材料的设计和研究基于遗传算法”,聚合物技术的进步, 卷。2020年, 文章的ID6910535, 9 页面, 2020年。 https://doi.org/10.1155/2020/6910535
皮肤注射成型TPE材料的设计和研究基于遗传算法
亏严,1,2 Yizhe陈
,1,2
回族王,1,2
程高,1,3
和
秋阳呗1,3
1湖北省重点实验室先进技术为汽车零部件、武汉理工大学、武汉430070年,中国
2武汉湖北汽车零部件技术协同创新中心,430070年,中国
3湖北省工程研究中心绿色&精密材料形成,430070年武汉,中国
文摘
热塑性弹性体(TPE)是一种新型汽车内饰材料具有高弹性和力量。传统TPE材料难以满足新需求的大规模汽车内部零件具有复杂形状。在这项研究中,TPE材料准备与均聚物使用不同质量比聚丙烯(PP), styrene-ethylene / butene-styrene共聚物(实用)、环烷油(没有),硬脂酸镁(MGST)和聚四氟乙烯(PTFE)。质量预测和基于遗传算法的多目标优化方法应用。有一个重要的参数对成形质量的影响选择使用一个正交试验方法。结果表明,使用该方法,得到一个新的TPE材料具有优良的抗划伤能力和高的小额信贷机构。添加聚四氟乙烯的机制和MGST根据SEM图像进行分析。优化部分的剥离强度测定证明TPE材料的涂层质量。
1。介绍
柔软的触感室内视觉和触觉方面有很大优势,成为室内材料在汽车领域的主流。柔软的触感内部的处理技术主要包括泥浆、阴极模具、和积极的电影。但这些过程有缺点的材料利用率低,设备成本高企和需求(1]。皮肤注塑表明注射两步的过程。核心材料注入模具第一。固化后的核心材料,皮肤材料注入模具,包括核心材料(2]。这种技术可用于制造软触摸材料覆盖内部零部件通过注入软触觉材料表面。在皮肤注射成型过程中,合理的工艺参数设计3和准确的工艺参数测量4)可以改善型组件的质量。与传统成形方法相比,这个过程有积极影响的低成本、高生产效率和材料利用率。它可以改善产品的设计自由5,6]。热塑性弹性体(TPE)是一个低密度的新材料,柔软的表面,和高弹性和强度,可以形成使用注入。广泛用作小型室内装饰如汽车和航空包层部分。然而,由于其流动性差、与聚丙烯(PP)复合能力不足,它不能用于大型汽车门内饰板、仪表板和其他皮肤注塑组件。Srinivasan和古普塔(7和李H et al。8]研究了PP的力学性能和形态/实用/ PC混合。发现实用添加到页可以提高大变形能力。但是小变形的性能降低。实用的PP / PC减少了应力集中的混合和增加的整体屈服强度矩阵。Tiggemann等人的影响和Tomacheski等人研究了粘土对实用的属性/ PP /石油热塑性弹性体(9,10]。发现粘土的加入提高了材料的抗拉强度。当添加了一定量的粘土,材料显示最好的机械性能。阿亚兹et al。11),Daneshpayeh et al。12],Ghasemi et al。13]研究了PP的冲击强度和弯曲强度/ LLDPE / TiO2田口/实用纳米复合材料的测试。金等。14)和Vuluga et al。15]研究了重复循环的影响在实用/ PP复合材料的结构和形态。发现重复循环会降低triblock共聚物在实用,导致硬度略有下降,粘度显著增加。森古普塔et al。16,17]研究作品的影响和处理条件对实用的形态和性能/ PP /热塑性弹性体混合油。发现实用/ PP /油混合连续形态学,一起面向他们的实用阶段,和PP阶段在聚苯乙烯分解域高应变下,这增加了混合的伸长。
目前的研究主要集中在修改TPE材料,改变材料和添加剂的比例,改善机械性能,满足生产和生活的需要。然而,低材料流动性的问题,可怜的综合能力,和抗划伤能力并没有解决好。
在这项研究中,TPE材料不同质量比例的实用、PP、不,MGST、聚四氟乙烯准备,材料与高MFI和优秀的耐擦伤性通过使用遗传算法设计。最好的材料在注塑和模具适应性可以满足大型汽车内部零件的要求复杂的形状。添加聚四氟乙烯的机制和MGST根据SEM图像进行分析。优化部分的剥离强度进行了证明的涂层质量TPE材料。
2。材料和方法
2.1。实验材料、仪器和优化方法
本研究中使用的材料均聚物聚丙烯(PP), styrene-ethylene / butene-styrene共聚物(实用)、环烷油(没有),硬脂酸镁(MGST)和聚四氟乙烯(PTFE)。与其它润滑剂相比,MGST可以降低粉表面的吸附,提高流动性。相同的MGST质量比滑石和氧化镁。选择聚四氟乙烯的原因是摩擦系数最低,和色电影可以形成表面的部分。具有良好的润滑性和耐磨性高负载条件下的剪切力和更好的性能。可以找到这些材料的详细信息。
PP的熔体质量流率是37克/ 10分钟。的属性页包括密度、硬度、切口冲击强度和拉伸强度PP是0.98克/厘米370 r, 22 J / m2,分别和32 MPa。这种材料是由中国石化有限公司。
yh - 503粉状实用低粘度。S和B的质量比是30/70。抗拉强度、伸长率和硬度的材料是26.5 MPa, 480%,和75年分别。实用是来自岳阳石化公司。
KN4010环烷油也有低粘度。粘度在100°C的温度是10.06毫米2/ s。没有的密度和闪点899.3公斤/ m3和215°C。这种材料是来自新疆克拉玛依公司。
纯MGST的密度和熔点1.028克/厘米3和132°C。在这项研究中,使用的PTFE粉粒度、密度、结晶度和0.2μ米,2.3克/厘米3分别,90 - 95%。作者从美国杜邦公司买了MGST和聚四氟乙烯。
在这项研究中使用的高速混合机是SHR-25A从张家港轻工机械厂有限公司有限公司
螺杆挤出机应用于当前研究SHJ-20从南京珍妮特机电有限公司,有限公司在形成过程中,喂养部分的温度为170°C。压缩部分和计量部分的温度为240°C。标题部分的温度为220°C和螺杆速度第一次被稳定在一个较低的速度,和熔融材料出院。头被挤压后,螺杆速度稳定在20 rpm。
皮肤注塑机HDX50,由广东海达注塑机有限公司有限公司注入条件如表所示1。注塑工艺、模具温度对材料的结晶度很重要。从赵的工作,可以发现,低模具温度有利于提高结晶度学位但不利于结晶度的一致性。因此,模具温度被选为40°C在当前的研究中(18]。
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熔体流动速率仪是mfi - 1211从承德Jinjian购买测试仪器有限公司,有限公司机械测试机CMT6104从美逖斯工业系统(中国)有限公司,有限公司电动叉重力仪是430年从埃氏公司》,德国。色度计的类型是爱色丽公司从美国Aceroy公司7000眼。进行了SEM分析使用JSM-IT300在武汉科技大学。
我们的团队开发的多目标优化方法在文献[19)是用来证实的原材料比TPE材料。在这种方法中,有一个重要的参数对响应的影响选择利用正交试验方法,然后执行中心合成设计实验使用这些参数。数学模型考虑反应和影响因素是发达使用响应面方法。影响参数的最优组合终于决定使用NSGA-II Nondominated排序遗传算法(II)。该方法的详细算法可以在我们之前的文章,但是不同之处是TPE材料。优化可以执行基于实用的质量比率,PP、不,MGST和聚四氟乙烯。该方法的求解过程如图1。
2.2。样品制备
实用和PP被放置在一个真空干燥箱和干在100°C超过12个小时,以确保他们的含水率低于0.02%。实用的比例,不,PP、MGST和聚四氟乙烯被定义为一个:B:C:D:E。首先,实用是放入SHB-25A高速搅拌机,然后温度降至室温。不均匀地洒和混合在500 r / min的低速5分钟。PP材料,MGST和聚四氟乙烯被添加到混合机高速1000 r / min 5分钟,然后在TSE-40B双螺杆挤出机挤压。球被切成试样通过注塑机,如图2。图2基于ISO7724显示一块表面性能测试标准的边长50毫米和4毫米的厚度。因为每个组件的质量比的性能有很大的影响TPE材料、实用的质量比,不,PP、MGST,聚四氟乙烯是由正交实验设计。正交表的通用符号是Ln(美联社)p表中的列数(因素)的数量,n表中的行数,一个的数量的水平。在本文中,选择5因素3水平;因此,正交表L27 (53)。因素和水平如表所示2。
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根据L27(53)正交表,同时,根据因素水平表见表2获得了27套测试变量组合,如表所示3。
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TPE的配方设计有不同的质量比。然后被一个挤出机粒状材料。熔融指数进行了测试。TPE材料然后注入一个正方形试样注入性能测试。一个目标一致的结果,每个实验重复了三次。
3所示。结果与讨论
3.1。性能测试和表征
熔融指数是根据ASTM d1238 - 95进行测试。测试温度为230°C,负载是2.16公斤。每组混合物的熔融指数如表所示4。
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抗划伤能力测试根据以下步骤:每个组件的表面性能测试样本表3了,每个组件测试三次。测试负载是1公斤,挠率为1000毫米/分钟。至少20个平行的划痕线生产了2毫米的间距。每个样本受到5单独测试,一个在中间,四个角落里(如图3),结果是5个值的平均值。每组的抗划伤表面测试样本如表所示4。是数量的测试之前和之后的变化值。的值越小 ,更好的耐擦伤性的表面模型。
为了找到最好的两个目标的数学模型MFI和抗划伤,考虑每个变量之间的相互作用,采用线性相互作用曲线的拟合方法在软件一款统计软件来获取熔融指数和变量之间的关系。拟合关系如下公式所示:
多目标优化的表面品质在注塑是根据回归拟合,和描述的数学模型 在哪里y1,y2表示MFI和抗划伤,分别一个,B,C,D,E影响参数表吗2和3。
多目标遗传算法被用来执行优化。多目标优化是通过以下步骤实现:步骤1:MFI的最小/最大值( )和抗划伤( )确定指定的域内的影响因子通过使用min和max函数。步骤2:目标函数(MFI和抗划伤)是模糊,参数一个和bMFI和抗划伤被设置为最小和最大,分别k使用= 1。映射的目标函数建立多目标的健身功能和形容 步骤3:最优前组、人口、和适应度函数偏差将是50200和1 e - 100。多目标遗传算法用来计算帕累托最优解集。根据组件的质量的要求,MFI和抗划伤都是非常重要的。因此,坐标原点的距离最近的解决方案被选为本研究的最终解决方案。得到了最优参数:实用是109.972,环烷油是139.978,页是40.01,MGST是38.7,聚四氟乙烯是7.23。这些参数的组合产生了170.25毫米的最大MFI和最低的0.29抗划伤。
3.2。机理分析
众所周知,MGST和聚四氟乙烯有明显影响抗划伤能力。因此,样品的表面地形有或没有这两个作品获得使用SEM观察,如图4。图4(一)图像的原始TPE(只包含实用的材料,没有和PP,和没有MGST和聚四氟乙烯)。图4 (b)是一个额外的扫描电镜图像的TPE聚四氟乙烯样品,和图吗4 (c)与MGST TPE样本。图4 (d)是样品的扫描电镜图像的MGST和聚四氟乙烯。
(一)
(b)
(c)
(d)
比较数据4(一)和4 (b)后,可以看出,增加聚四氟乙烯TPE矩阵,矩阵的分散相颗粒出现。由于聚四氟乙烯是一个分层的晶体结构与范德华力形成,分子很容易释放。因此,当聚四氟乙烯和TPE矩阵混合,融化,粒状,注射,聚四氟乙烯的分子和结合TPE脱落。dual-preferred传输电影是优先对偶表面形成的。粘着磨损磨损的变化,极大地提高了材料的抗划伤。比较数据4(一)和4 (c)可以看出,添加MGST TPE矩阵后,原来较大的分散相是改变了大量的小型分散的阶段。材料的界面张力,而一些凹坑是由小分散相,可显著提高材料的熔融指数。比较数据4 (c)和4 (d)可以看出,除了MGST和聚四氟乙烯TPE矩阵,聚四氟乙烯磨料粒子可以结合小色散。MFI的减少是由于较低的凝聚力和粘附的磨料粒子。同时,由于MGST更容易粘着磨损,材料主要以磨料磨损伴随着轻微的粘着磨损。
3.3。剥离强度验证
为了优化材料的机械性能、剥离强度测试。如图5(一个),形成了样品加工成一个矩形花键(170×10毫米)进行剥离试验。测试是指GB / t2790 - 1995,脱皮率为50毫米/分钟,在室温下进行了测试。在大多数汽车内部零件,表面镀层的附着力的骨架需要大于525 N / m(参考克分子量14892 - 2012)。在剥离试验,部分TPE材料之前分开的PP材料。TPE、PP材料,分别放置在上部和下部的试验机(如图5 (b))。随着试验机梁的位移增加,变形。TPE材料的拉伸力也不断提高。最后,随着剥落的进行,两种材料的剥离力逐渐稳定。如图5 (c),平均剥离强度的花键剥离强度趋于稳定水平直线表示。从图可以看出,曲线显示了上升趋势时,位移是< 50 mm,剥离强度趋于稳定后,位移≥50毫米。平均剥价值接近1200 N / m(大于525 N / m),表明样品具有良好的涂层性能进行了优化。
(一)
(b)
(c)
4所示。结论
汽车内饰材料需要软接触,优秀的注入性能,和良好的表面抗划伤。为了实现这些目标,TPE材料改性获得通过使用遗传算法组件的最佳比例。理想的材料表面硬度较低,高MFI和优良的耐擦伤性。具体结果如下:(1)使用正交试验方法的参数选择。实用的优化比例,PP, MGST,聚四氟乙烯TPE材料可以使用遗传算法获得。得到了最优参数如下:实用是109.972,不是139.978,页是40.01,MGST是38.7,聚四氟乙烯是7.23。使用优化的结果,TPE材料更高的170.25和0.29抗划伤的小额信贷机构。(2)聚四氟乙烯和TPE矩阵混合时,融化,粒状,注射,聚四氟乙烯的分子和结合TPE脱落。dual-preferred转移膜是优先对偶表面形成的。粘着磨损改变了磨料磨损,显著提高材料的耐擦伤性。(3)添加MGST TPE矩阵后,原来较大的分散相是改变了大量的小型分散的阶段。材料的界面张力,而一些凹坑是由小分散相,可显著提高材料的小额信贷机构。(4)当MGST和聚四氟乙烯被添加到原始TPE材料,聚四氟乙烯磨料粒子可以结合小色散。MFI的减少是由于较低的凝聚力和粘附的磨料粒子。材料主要以磨料磨损伴随着轻微的粘着磨损。剥离强度测试的结果证明了平均剥离价值接近1200 N / m(大于525 N / m),表明优化后的样品有极好的涂层性能。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者要感谢金融支持中国的国家自然科学基金委员会(批准号51775398和51775398),111年项目(批准号B17034),在大学教育部创新研究团队项目(批准号IRT_17R83)、湖北省自然科学基金(批准号2018 cfb595),中央大学的基础研究基金(批准号。自慰:2018 iii074gx和2018 iii067gx)。
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