ProE模流分析教程 第四章 塑料如何流动

发布日期:[10-12-17 18:16:35] 浏览人次:[]

、材料的关系

4-3  充填模式

  充填模式(Filling Pattern)是熔胶在输送系统与模穴内,随着时间而变化的流动情形,如图4-13所示。充填模式对于塑件品质有决定性的影响,理想的充填模式是在整个制程中,熔胶以一固定熔胶波前速度(melt front velocity, MFV)同时到达模穴内的每一角落;否则,模穴内先填饱的区域会因过度充填而溢料。以变化之熔胶波前速度充填模穴,将导致分子链或纤维配向性的改变。

图4-13  计算机仿真之熔胶充填模式的影像

4-3-1 熔胶波前速度与熔胶波前面积

熔胶波前的前进速度简称为MFV,推进熔胶波前的剖面面积简称为 MFA,MFA可以取熔胶波前横向长度乘上塑件肉厚而得到,或是取流道剖面面积,或者视情况需要而取两者之和。在任何时间,

容积流动率 =  熔胶波前速度(MFV) × 熔胶波前面积(MFA)

对于形状复杂的塑件,使用固定的螺杆速率并不能保证有固定的熔胶波前速度。当模穴剖面面积发生变化,纵使射出机维持了固定的射出速度,变化之熔胶波前速度仍可能先填饱模穴的部份区域。图 4-14 显示在镶埋件(insert)周围熔胶波前速度增加,使镶埋件两侧产生高压力和高配向性,造成塑件潜在的不均匀收缩和翘曲。

图4-14  熔胶波前速度(MFV)和熔胶波前面积(MFA)。MFV之差异会

使得塑料分子(以点表示)以不同方式伸展,导致分子与纤维

配向性的差异,造成收缩量差异或翘曲。

  在射出成形的充填阶段,塑料材料的分子链或是填充料会依照剪应力之作用而发生配向。由于模温通常比较低,在表面附近的配向性几乎瞬间即凝固。分子链和纤维的配向性取决于熔胶之流体动力学和纤维伸展的方向性。在熔胶波前处,由于剪切流动和拉伸流动的组合,不断强迫熔胶从肉厚中心层流向模壁,造成喷泉流效应(fountain flow effect),此效应对塑件表层的分子链/纤维配向性的影响甚巨。请参阅图4-15之说明。

图4-15  塑件表层与中心层之纤维配向性

  塑件成形之MFV愈高,其表面压力愈高,分子链配向性的程度也愈高。充填时的MFV差异会使得塑件内的配向性差异,导致收缩不同而翘曲,所以充填时应尽量维持固定的MFV,使整个塑件有均匀的分子链配向性。

MFV和MFA是流动平衡的重要设计参数。不平衡流动的MFA会有突然的变化,当部分的模穴角落已经充饱,部分的熔胶仍在流动。对于任何复杂的几何形状,应该将模穴内的MFA变化最小化,以决定最佳的浇口位置。流动平衡时,熔胶波前面积有最小的变化,如图 4-16所示。

图4-16  (a) MFA变化导致的平衡与不平衡流动;及(b)其对应的充填模式。

 流变理论

流变学(rheology)是探讨材料受力后变形和流动的加工特性,包括剪变率、剪切黏度、黏弹性、黏滞热、拉伸黏度等等。熔融塑料大多呈现拟塑性行为,即根据指数律(power law),塑料受剪应力而运动时,其黏度随剪变率增加而降低,此现象称为高分子材料的剪稀性(shear thinning)。通常厂商比较常提供的塑料特性指标是流动指标MI (Melt index),一般塑料的MI值大约介于1~25之间,MI值愈大,代表该塑料黏度愈小,分子重量愈小;反之,MI值愈小,代表该塑料黏度愈大,分子重量愈大。MI值仅仅是塑料剪切黏度曲线上的一点。(注:黏度单位1 cp = 0.001 Pa•s, cp = centipoise, Pa = N/m2)其它影响塑料性质的因素包括分子量的大小及分子量分布、分子配向性、玻璃转移温度和添加物等。

(1) 分子量的大小及分子量分布

塑料的特性之一就是分子量很大,分子量分布曲线和其聚合的方法及条件对于所制造出来的成型品有密切影响。分子量大者璃转移温度Tg较高,机械性质、耐热性、耐冲击强度皆提升,但是黏度亦随分子量增大而提高,造成加工不易。就分子量分布而言,短分子链影响拉伸及冲击

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