近年来,某些特殊领域如航空工业、国防尖端工业等领域的发展对聚合物材料的性能提出了更高的要求,如高强度、高模量、重复利用率等,使特定高性能聚合物制件的开发研制越显迫切。本研究将多组分复合注射成型技术与微注射成型技术相结合,提出了“模内自增强复合注射成型”的理念,通过模内复合注射成型的方法,获得单组分自增聚合物制件。自增强复合注射成型制件是通过改变成型加工条件等方法,使聚合物内部无规排列的大分子链沿应力方向定向排列,从而增加聚合物的取向和结晶度,提高材料的力学性能。增强相为主要承载组件,基体主要起固定、保护和应力转移作用。主要方法有热压法、薄膜叠层法、挤出和注射等方法。现有研究更多关注于聚合物复合材料的成型及最终的宏观力学性能,对于聚合物的微观形态变化及相关理论研究欠缺,这给聚合物复合材料调性成型工艺的设计与优化带来极大的困难。因此,本文以聚合物模内复合注射成型方法制备单组分自增强制件（SC-SRCs）。通过调整增强体成型过程的填充速率、材料温度和模具温度等成型参数来控制熔体充型时的速度场、压力和温度场变化,通过改变聚合物流变特性来调整其内部微观结构,获得具有不同力学特性的单组分自增强制件。为了探寻单组分自增强制件调性成型的内在作用因素及其机理,本文将在以下几方面开展工作。首先,将聚合物成型领域中的多组分复合注射成型技术与微注射成型技术相结合,通过不断的工艺调整制备出单组分自增强制件,实现其成型工艺的可行性,具有基体宏观形状与尺寸稳定性、内部预留型腔的复写性能和利用微注射技术成型的增强体在预留型腔内的充填稳定性等特点,从而为单组分自增强聚合物材料的制备提供新的思路。同时,对影响SC-SRCs性能的主要因素进行分析,找出其作用规律及内在作用机理,为进一步的性能分析及调性成型的实现打下基础。结果表明:不同成型参数得到的封闭式和半开式SC-SRCs制件拉伸性能均有提升,分别达到13.15%和23.94%。两种制件都具有双“皮-芯”结构,且皮层中含有高度取向的“shish-kebab”结构,其分子取向程度均高于常规制件,最大增幅为23.93%和34.1 1%。SC-SRCs制备工艺的实现了制件性能的改善。其次,开发符合单组分自增强聚合物复合注射成型特点的可视化分析装置及分析方法,实时在线采集不同成型条件下模具内部聚合物充型流动及固化过程中熔体内部的过程参数的分布及变化数据,对成型过程中的温度场、速度场和聚合物的表观粘度等流变特性进行表征,并建立模内填充熔体的成型条件与单组分自增强制件在成型过程中的流变学特性之间的内在关系。实验表明,熔体温度对模内复合注射成型的影响非常大。较低的熔体温度下,熔体充填速度呈线性下降趋势,注射速率对成形特性的影响较弱;较高的熔体温度下,壁面的冷却以及剪切热的综合作用使得不同注射速率的熔体充填特性差异变大;当熔体温度进一步升高,熔体粘度降低,压力损失减少,剪切热作用减弱,熔体流动较为平稳,速度梯度减小。与熔体在金属型腔内的流动过程相比,复合注射成型时熔体的流动速度普遍较高,速度的波动幅度较大;在较高的熔体温度和较高的注射速率下,熔体流动速度下降的斜率也较小。再次,基于粘性流体力学基本理论与熔体流变实验得到了不同截面尺度下熔体的剪切粘度变化规律,通过考虑尺度变化对聚合物流动特性的影响,建立了聚合物熔体多尺度模内复合注射成型的流动数学模型。提出了考虑尺度效应影响的细长型腔复合注射成型粘性流体填充过程的本构模型,并获得了不同材料在尺度效应下的剪切粘度变化规律,结果表明:细长型腔下的聚丙烯熔体的剪切粘度均随特征尺度的减小而减小,型腔截面直径由2mm降至1mm以下时,增强熔体的剪切粘度平均变化率为17.8%。尺度影响因子随着特征尺度的缩小而显著降低,25mm的特征型腔的尺度因子为1.119,而1mm的特征型腔的尺度因子为0.986。再将自增强复合注射成型的熔体粘度连续变化规律的多尺度粘度模型代入仿真软件中进行模拟分析。结果表明,通过对比仿真与对应实测的粘度变化数据可知,不同成型参数下测得的模拟仿真与实测数据具有相似的变化趋势,但数值偏差较大。再通过实际粘度反求粘度模型中参量,建立了多尺度变参量粘度方程,并在不同成型参数和成型结构中进行模拟仿真。结果表明,仿真后得到的粘度结果与实测数值偏差在20%左右,相较与常规参量模型偏差在100%以上已经有了较好的改善,可以更好地达到仿真预测的目的。最后,对不同工艺条件下所成型出的增强体与基体间的界面特性的机理问题进行了分析,并建立了单组分自增强制件在成型过程中的界面融合理论模型,该模型通过聚合物链穿过初始固-熔界面的渗透深度来解释界面融合程度,并结合平均临界渗透深度来分析不同成型参数的增强熔体对界面融合度的影响。通过对增强熔体温度的实测,得到了增强熔体与重熔基体的融合时间不超过3s。再综合界面两侧分子链扩散渗透深度和得到的界面融合度,可以得到二者的关系函数。实验与理论的界面融合度值具有很好的一致性,两者偏差范围在10%以内。通过显微镜观察和剥离试验,结合方差分析和响应面分析,综合分析得出增强熔体的温度变化是影响单组分自增强制件界面融合最关键的因素,提高熔体温度和模具温度,有助于增强熔体与二次熔融基体界面的融合,改善融合界面的表面质量并降低界面特性对于单组分自增强制件的削弱作用。