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BMC模压过程非稳态温度场与热应力数值模拟


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第1章　绪 论
1.1　课题背景
人类发展的历史证明，材料是社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。纵观人类利用材料的历史，可以清楚的看到，每一种重要材料的发现和利用，都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平，给社会生产力和人类生活带来巨大变化。复合材料(COMPOSITES MATERIAL)的出现和发展，是现代科学技术不断进步的结果，也是材料设计方面的一个突破。它综合了各种材料如纤维、树脂、橡胶、金属、陶瓷等的优点，按需要设计、复合成为综合性能优异的新型材料。可以预言，如果沿用材料作为历史分期的依据，那么未来的二十一世纪，将是复合材料的时代[1]。
聚合物基复合材料(POLYMER MATRIX COMPOSITES，简称PMC)，其中纤维增强塑料（FRP）是世界上产量最多、用途最广的复合材料，发达国家如美国、日本、德国等，都十分重视它的发展。 据中国玻璃钢工业协会最新数据显示，2001年世界复合材料总产量达580万吨，其中美国155万吨，日本60万吨，德国35万吨，占世界总产量的43%。我国改革开放以来FRP工业发展速度已远远超过GDP增长速度。从1980年的1.5万吨增加到2001年的80万吨（其中热固性复合材料54万吨，热塑性复合材料17万吨，覆铜板9万吨），增长了53倍，已超过德国和日本，跃居世界第二位。FRP工业已发展成为国民经济中方兴未艾的新兴产业。
由于现代工业生产对产品性能价格比和自动化程度要求的不断提高，聚酯模塑料(SMC/BMC)模压成型工艺越来越显示出了它地位的重要性和强大的生命力。其主要原因在于它特别适用于高精度、结构复杂、外观要求高、可满足不同应用要求的零件或制品的大规模生产，而且可实现机械化、自动化，产品质量的稳定性也就是可再现性非常高[3]。在目前世界各发达国家的复合材料工业中已占有举足轻重的地位，美国SMC/BMC模压工艺成型已占各种PMC成型的9%，我国为10%，而且有逐年上升的趋势。BMC（Bulk Molding Compounds）即块状聚酯模塑料和SMC（Sheet Molding Compounds即片状聚脂模塑料）一样，都是一种短纤维增强的热固性模塑料，但两者无论在配方、生产工艺、材料成本、工艺性能和最终产物的物理性能上都有明显的差异，各有优势，互为补充。BMC与SMC相比，物理性能稍低，而原料成本低，成型工艺性及制品的外观质量明显好于SMC，适合成型各种具有复杂结构、尤其是含有很多结构细目的制品，是一种重要的聚酯模塑料。
我国BMC的生产自20世纪60年代后期开始。到80年代后期，电器行业对新型高性能绝缘材料的强烈要求，对国内BMC材料开发产生了强大的推动力。近十年来，各种生产规模的BMC生产成型厂，像雨后春笋般地在江苏、浙江、广东、上海等地区建成关投产生产，据不完全统计，目前我国BMC年产量大约为2.8～3万吨[3,4]。BMC产品具有成本低、表面质量高、耐腐蚀、绝缘性好、尺寸精度与稳定性高、耐热、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。