熔融塑料流動特性對注塑影響

1、熔融塑料流動特性對注塑的影響一、熔融塑料在模腔中流動的速度1 .各流層的速度塑料在模腔內(nèi)的流動可近視的看成層流。根據(jù)流體力學(xué)理論，層流流體可視為一層層彼此相鄰的液體在剪切應(yīng)力（引起材料沿平行于作用力的平面產(chǎn)生滑移而變形的力，即切向應(yīng)力）作用下的相對滑移。層流流體的這種特性可用兩平行板間的液體流動來說明。如圖所示，在兩個平行的平板間充滿具有一定黏度的液體，若平板A以速度咯動，另一平板聰止不動，則由于液體分子與平板表面的吸附作用，將使貼近板A勺液體層以同樣的速度v=V隨板移動，從而對和它相鄰的液體層產(chǎn)生摩擦力（即剪切應(yīng)力）。如此傳遞下去，于是在各層的界面上產(chǎn)生相應(yīng)的剪切應(yīng)力，從而形成各液體層間的相

2、對滑移，而緊貼板B的液體，由于液體分子與平板表面的吸附作用，則靜止不動（v=0）。,410,分散體也不會大于2100,由于塑料熔體在成型過程中流動時，其雷諾準數(shù)一般小于因此其流動均為層流。塑料從噴嘴中射出到流道中后，由于塑料分子與流道壁（或模具型腔壁）的吸附作用，使得緊貼流道壁（或模具型腔壁）的流層速度為零，從而對和它相鄰的液體層產(chǎn)生摩擦阻力。如此傳遞下去，于是形成中間流層速度最大，兩側(cè)靠近流道壁（或模具型腔壁）的流層速度遞減的流動形式，如圖所示。-二'歷一,一5JPtV777777777777777A2 .流通面積變化時速度的變化由于塑料熔體在成型過程中的流動是連續(xù)的，而且塑料熔體基

3、本上是不可壓縮的，所以流體通過每個流通面（管道的橫截面）的流量是相等的，所以，當流體從大的流管流入小的流管時，如果流體源頭仍以同樣的流量持續(xù)注入流體（如圖所示），則流體進入小管后流速變快了，其流速與流通面積成反比。但此時由于管徑變細流體受到了阻力，所以需要更大的注入壓力。同理當流體從小的流管流入大的流管時流速會放慢。iyiuiiuwan所以，可注射產(chǎn)品是圓片狀產(chǎn)品（如光盤片）且澆口（塑料熔融液體進入模具型腔的人口）在中心時，則隨著塑料流體流向各邊沿流通面積不斷增加（因為隨著同心圓的半徑增大橫切面面a周長不斷增加），此時，要達到塑料熔融液體前緣恒速就要有不斷上升的注射速度（如圖所示），這可用多段

4、射速來近似模擬。3 .熔體黏度對流速的影響當流體在外力作用下，各流層間出現(xiàn)相對運動時，隨之產(chǎn)生阻礙流體層間相對運動的內(nèi)摩擦力，流體產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的這種性質(zhì)稱為黏性，用動力黏度（或稱黏性系數(shù)）來衡量黏性的強度。如圖所示，在一定溫度下，施加于相距dr的液層上的剪切應(yīng)力（此外力也可以是移動層上面一層有著更快流速的流層對移動層的摩擦力，單位為N/m2）與層流間的剪切速率du/dr（又稱速度梯度，單位為s-1）的比值，稱為液體的動力黏度。其中剪切速率代表流動時相鄰的流層間流速的差異。流體只有在流動且各流層之間有相對滑動時才會表現(xiàn)出黏性，靜止的流體不呈現(xiàn)出黏性。黏性的作用是阻礙流體內(nèi)部的相對滑動，從而阻礙流

5、體的流動。黏性產(chǎn)生的原因，概括來講是流體分子之間的吸引力以及分子之間不規(guī)則運動的動量交換產(chǎn)生的阻力的綜合結(jié)果。動力黏度反映了這種阻力的強度，動力黏度越大，要達到同樣速度所需要的剪切力越大，也就是說注塑時所需的注射壓力越大。從上面的內(nèi)容我們知道，流體在流管中流動時，由于流管壁對流體的吸附作用，使得緊貼流管壁的流體速度為零，從而使得流管中的流體產(chǎn)生相對滑動，此時才產(chǎn)生黏性對流體流動的阻礙作用，所以管徑越小，管壁越粗糙，黍注度對整體流速的阻礙作用越大。二、熔融塑料在成型過程中流動時的壓力變化注塑機的射出壓力的作用是克服熔膠流動阻力，推動熔膠進入模腔以進行充填。現(xiàn)以熔膠在圓管中流動的情況來分析熔膠所受

6、到的作用力。如圖所示，在圓管中的熔膠流體中取一個小微團來分析流體的受力和運動情況。圖中熔膠在水平方向從左向右流動，即圖中熔膠微團作于水平方向從左向右運動。在運動中彳團受到4個水平方向的力：后面的流體對它的推力,即后端的內(nèi)壓力F1;它前面的流體對它的阻力，即前端的內(nèi)壓力F2;兩邊流體對它的摩擦阻力F3和F4。如果F1小于F2,那么熔膠流體最終會在摩擦阻力的作用下停止下來。所以，正是熔膠微團后端面與前端面這種內(nèi)壓差推動液體持續(xù)流動。F2F4F1從整個流體來看，流體的后端面與注塑機的螺桿相連，其內(nèi)壓為注塑機的注射壓力，流體的前端面與大氣相通，其相對壓力為零。我們知道，靜止的液體能大小傳遞壓強（在注塑

7、領(lǐng)域稱為壓力），但由于注塑機中的熔膠流體在流動，所以壓力在傳遞的過程中需要克服阻力推動流體持續(xù)流動而逐漸變小，從而在流體中行程沿流程逐漸變小的壓力剃度，如圖所示。從能量的觀點看，流體在水平流管中流動時具有2種機械能：壓力能。當流體受到阻力時，流體分子之間距離被微量壓縮，這時流體就建立起了內(nèi)壓，一旦外力降低時由于分子之間的作用力又能恢復(fù)到原來的距離，所以流體像被壓縮得彈簧一樣具有壓力能。動能。流體與固體一樣在運動時具有動能，質(zhì)量一定時速度越大動能越大。流體不斷向前流動時，需要不斷克服流層間摩擦阻力做功。內(nèi)壓沿流程不斷下降是因為流體的壓力能克服摩擦力做功而導(dǎo)致壓力能損失的結(jié)果。熔膠從高壓區(qū)流向低壓

8、區(qū)，就如同水從高處往低處流動。熔膠從高壓區(qū)流向低壓區(qū)是壓力能轉(zhuǎn)化為動能，以補充因摩擦力對流體作負工而造成的能量損失。流體在流動中的這種能量損失是由于流體的黏性引起的，是流體在流動過程中克服流體的內(nèi)部微團或流層間摩擦阻力所做的功，這部分能量轉(zhuǎn)化為熱量。這種阻力分為2類，沿程阻力和局部阻力，流體沿流動路程所受到的阻礙稱為沿程阻力。沿程阻力的影響使途中的流體機械能減少，即動能或壓力能減少。由流程阻力引起的能量損失稱為流程損失。局部阻力指流體流經(jīng)各種局部障礙（如閥門、彎頭時，由于水流變形、方向變化、速度重新分步，質(zhì)點間劇烈的動量交換而產(chǎn)生的阻力。模腔入口的壓力愈高，如果流體前端不受阻就能導(dǎo)致愈高的壓力

9、梯度（單位流動長度之壓力降），因而能導(dǎo)致更快的流速。如圖所示，更快的流速需要更陡峭的壓力曲線。圖流速與壓力降的關(guān)系如果熔膠流動長度加長，就必須提高入口壓力以產(chǎn)生相同的壓力梯度，從而維持聚合物熔膠速度。如圖所示，流程越長需要的入口壓力越大。因為，在填充過程中，隨著流動長度不斷增加，如果速度不變，且流體的黏度不變，則單位流動長度對流體的摩擦阻力不變，但總的阻力因各段累加而不斷增加，所以需要更大的注塑壓力。由此可知，注塑機在充填過程中，隨著熔膠前端不斷向模具深處推進，需要的注射壓力不斷增大。當然，有時會由于流道中某些特殊位置的散熱能力強導(dǎo)致熔體前沿的表面暫時冷卻凝固，直到建立起足夠的壓力推動熔體穿過

10、此位置，則熔膠前沿通過此位置時的壓力會出現(xiàn)峰值。注射成型最重要的工藝條件是影響塑化流動和冷卻的溫度、壓力及相應(yīng)的各個工序的時間。注射成型的關(guān)鍵在于能準確地重復(fù)生產(chǎn)過程的各種工藝條件。否則，產(chǎn)品的品質(zhì)會一直隨條件的變化而變化。所以應(yīng)很好地選擇和保持工藝條件，以獲得高質(zhì)和高產(chǎn)。在變動和調(diào)整工藝條件時，最好按照壓力一時間一溫度順序進行，不要同時變更兩個或兩個以上條件，這樣才能在排除干擾的前提下，分析判斷新設(shè)的條件的實際作用。即使是單個工藝條件的轉(zhuǎn)換，也要十分仔細進行，并且盡量避免在短時間內(nèi)反復(fù)變換。一、料筒溫度從前面所學(xué)知識可知，外界溫度對塑料熔體的黏度和流動性影響很大。為順利充模，并此期間溫度會保

11、持一段時間。保證制品的質(zhì)量，從噴嘴出來的塑料必須熔融均勻，黏度低到一定程度。為此首先要保證料筒內(nèi)塑料處于良好的加熱狀態(tài)。注塑過程中塑料的溫度變化情況如圖31。AlB：塑料從料斗進入高溫的料筒，受熱后溫度迅速上升，開始熔化。圖31注塑過程中塑料溫度的變化B-C:塑料在料筒內(nèi)繼續(xù)被加熱，進而全部熔融塑化,C:塑料到達料筒的前端，準備注射，由于不再受螺桿的剪切和摩擦作用，溫度會有所下降。C-D:塑料在高壓下高速注射入模，強烈的摩擦和剪切造成更高的溫升。AE:塑料注射完畢，在模具冷卻系統(tǒng)的作用下冷卻定型。E:塑料制品脫離模具。從圖31中可看出，塑料在料筒內(nèi)的溫度開始時是逐漸上升的，直到一定的塑化溫度B

12、o在眼個溫度下，料筒繼續(xù)向塑料供熱，通過熱傳導(dǎo)，使整體塑料熔融均勻。至于C是料筒錐部及噴嘴的吸熱降溫點，如果錐部及噴嘴補充熱量不足，降溫點溫度降得太低，前鋒料黏度就會增高，形成大的阻力，不利于注滿型腔。C皿疑是一種額外的溫升，但不容忽視。無論是噴嘴、流道或澆口，之所以尺寸要偏小，是為了增大摩擦作用，提供大的剪切速率，從而使溫度進一步升高，黏度降低。如果這些地方尺寸過大，反而會使制件出現(xiàn)充不滿或嚴重收縮凹陷。D-E是冷卻定型時間，這個時間必須足夠長，否則熱的制件脫模后會令表面失去光澤，有些塑料制件還會變形。很顯然，所謂注塑溫度的控制是指塑料在料筒內(nèi)如何從顆粒原料被均勻塑化成塑性的黏流體，也就是料

13、筒溫度如何配置的問題。最理想的是根據(jù)料筒內(nèi)熔體的實際情況隨時進行無級調(diào)溫，但這很難辦到。現(xiàn)在所有的注塑機都是分段調(diào)溫，有兩段、三段或更多段。不同的物料每段的溫度配置是不盡相同的，關(guān)鍵是要從實際出發(fā)，有針對性地進行配置。所配置的料筒溫度應(yīng)保證塑料塑化良好，能順利實現(xiàn)注射又不引起分解。配置時要注意以下幾種影響因素。（1）塑料的熱性能料筒溫度的配置與所加工塑料的熱性能有關(guān)，料筒末端最高溫度應(yīng)高于塑料的流動溫度Tf（對無定型塑料）或熔點溫度Tm附結(jié)晶塑料），而低于塑料的分解溫度Td,故料筒最合適的溫度應(yīng)在Tf（或Tm）Td±間。Tf（或Tm）Td區(qū)間較窄的塑料，料筒溫度應(yīng)偏低些（比Tf稍高）

14、；Tf（或Tm）Td區(qū)間較寬的塑料，料筒溫度可適當高些（比Tf高）。玻璃纖維增強的熱塑性塑料，隨著玻璃纖維含量的增加，熔體的流動性會降低，因此應(yīng)相應(yīng)提高料筒溫度。對于熱敏性塑料，如聚氯乙烯、聚甲醛等，除要嚴格控制料筒溫度外，還要控制物料在加熱料筒中的停留時間，以免在高溫停留時間過長而引起降解。(2)塑料相對分子質(zhì)量及其分布同一種塑料由于來源或牌號不同，其流動溫度和分解溫度也有所不同，相應(yīng)的料筒溫度也不一定相同。一般情況，平均相對分子質(zhì)量高、但分布窄的塑料，其熔體黏度較大，流動性較差，料筒溫度應(yīng)偏高些；平均相對分子質(zhì)量小、相對分子質(zhì)量分布寬的塑料，料筒溫度可偏低些。添加劑對成型溫度也有影響，經(jīng)填

15、充改性的塑料，如玻璃纖維增強塑料，由于軟化溫度提高，流動性變小，料筒溫度應(yīng)高些；而加增塑劑的塑料，由于增塑劑分子在塑料大分子中起到了潤滑作用，料筒溫度應(yīng)偏低些。(3)注塑機的類型料筒溫度圖3-2料筒溫度與制品性能的關(guān)系注塑機的類型不同，塑料的料筒中的塑化過程不同，所以料筒溫度的配置也不相同。柱塞式注塑機，塑料完全靠料筒壁和分流梭傳熱，傳熱效率低且不均勻，料筒溫度應(yīng)高些；螺桿式注塑機，塑料在螺槽中受到較強的剪切作用，剪切摩擦熱較大，而且料筒內(nèi)料層較薄，傳熱較容易，料筒溫度可低些，一般比柱塞式低1020C。(4)制品的結(jié)構(gòu)特點薄壁制品、復(fù)雜制品、帶金屬嵌件的制品，或熔體充模流程長或曲折的制品，由于

16、流動阻力大，充模時間長，冷卻快，料筒溫度應(yīng)高些；相反，注射厚壁制品、簡單制品時，由于熔體的流動阻力小，冷卻時間長，塑料在料筒內(nèi)受熱時間長，料筒溫度可適當?shù)托?，避免塑料在料筒?nèi)因停留時間過長而造成熱分解。料筒溫度的分布，一般為從料斗到噴嘴逐步升高，使物料在料筒內(nèi)逐步塑化。當原料含濕量偏高時，可適當提高進料段溫度，以利于水汽提前排出。對于剪切敏感的塑料，采用螺桿式注塑機時，料筒出料段溫度可適當?shù)陀谥卸危乐谷哿系倪^熱分解和制件顏色的變化。有時料筒出料段的塑化會顯得不足，影響注塑參數(shù)的設(shè)定1 .鎖模參數(shù)鎖模參數(shù)有：限鎖模速度。4段鎖模壓力。各鎖模階段的位置。各鎖模階段的時間。如前所述，鎖模過程分4段

17、，首先動模板以快的速度鎖模，直到設(shè)定的快速鎖模位置值結(jié)束，即轉(zhuǎn)換為中速鎖模階段，此時鎖模動作得到緩沖，便于保護模具且運動平穩(wěn)，當鎖模到達低壓鎖模位置值，就進入了低壓鎖模狀態(tài)，此時鎖模力立即下降到低壓，如果模具間沒有障礙物，可以順利進入到高壓鎖模狀態(tài)，如果模具間夾有異物或模具導(dǎo)柱導(dǎo)套配合不好，則因壓力過低，鎖模運動會停止。當?shù)蛪烘i模保護時間到達模板還不能進入到高壓鎖模狀態(tài)，則警報系統(tǒng)啟動，機器自動報警且開模。這樣可以達到保護模具目的。鎖模過程如圖所示。高壓鎖模至鎖模終止過程中有一高壓檢測時間，如果機器在規(guī)定時間內(nèi)未能鎖模至終止確認則發(fā)出報警.這樣就需重新調(diào)?；蛘邫z查高壓監(jiān)控時間是否太小。機器關(guān)鎖

18、模過程(速度)高壓快速低速低壓開模止位置快速轉(zhuǎn)低速轉(zhuǎn)低速點低壓點低壓轉(zhuǎn)高壓點完全鎖模位置4段的速度和壓力，以及在安裝模具的調(diào)模過程中設(shè)置鎖模動作的參數(shù)，要設(shè)置的參數(shù)有控制鎖模過程的位置和時間，現(xiàn)舉例如表所示。快速階段中速階段低壓階段高壓階段控制方式本階段以速度為主要控制目標，通過調(diào)整壓力來達到目標速度，以位置控制速度的轉(zhuǎn)換點本階段以壓力為主要控制目標，速度可大可小，以時間控制壓力的轉(zhuǎn)換點位置(mm)50253.2時間(s)無需設(shè)定時間52壓力(kg/cm2)605010100速度(%)504010無需設(shè)定速度在快速和中速階段主要以達到所設(shè)定的速度為目標，所設(shè)壓力為最高工作壓力，只有當速度未達到

19、設(shè)定值時機器才會輸出此壓力，當速度達到速設(shè)定值后，鎖模壓力通常小于所設(shè)置的壓力?？焖俎D(zhuǎn)中速是用位置來控制的，即當模具達到相應(yīng)位置后，鎖模動作就由快速轉(zhuǎn)為中速，中速轉(zhuǎn)低壓也同樣是用位置來控制的。在低壓和高壓階段以壓力達到設(shè)定值為主要控制目標，速度可大可小。低壓轉(zhuǎn)高壓是通過時間來控制的，即正常情況下達到時間后就自動由高壓階段轉(zhuǎn)入高壓階段，如果模具間夾有異物或模具導(dǎo)柱導(dǎo)套配合不好，則鎖模運動會停止，此時輸出壓力鎖定為零，所以即使時間達到也不能由低壓轉(zhuǎn)入高壓階段。高壓鎖模至鎖模終止的轉(zhuǎn)換也是由時間來控制的，如果機器在規(guī)定時間內(nèi)未能鎖模至終止確認，則發(fā)出報警.這樣就需重新調(diào)?；蛘邫z查高壓監(jiān)控時間是否太小

20、。2 .開模參數(shù)開模參數(shù)有：限鎖模速度。4段鎖模壓力。各鎖模階段的位置。當熔熔膠料注入模腔內(nèi)及至冷卻完成后，接著便是開模動作。開模過程分4段：前慢一一快速一一中速一一后慢。前段慢速開模，避免拉裂塑件表面，消除開模時噪音。第二段快速開模有利于縮短生產(chǎn)周期時間，提高生產(chǎn)效率，第三段中速開模有利于動模板平滑過渡到慢速開模，消除機器震動，使機器動作更平穩(wěn)。第四段慢速開模，可以使機器準確的停留在開模終止位置。從而保證頂針動作的正常輸出。開模過程如圖所示。機器開模過程(速度)中速后慢|開模止中速轉(zhuǎn)快速轉(zhuǎn)前慢轉(zhuǎn)完全鎖位置后慢點中速點快速點模位置開模參數(shù)也在調(diào)模過程中設(shè)置，要設(shè)置的參數(shù)有破的速度和行程，應(yīng)根據(jù)

21、機臺大小，以機臺動作平穩(wěn)為原則進行調(diào)整。前段慢速開模是為了避免拉裂塑件表面，所以此行程不必太長；第二段快速開模的行程應(yīng)長；第三段中速開模與第四段慢速開模也不必太長?，F(xiàn)舉例如圖所示。前慢快速中速后慢位置(mm)56055壓力(kg/cm2)速度(%)10603010在開模過程中主要以達到所設(shè)定的速度為目標，所設(shè)壓力為最高工作壓力，只有當速度未達到設(shè)定值時機器才會輸出此壓力，當速度達到速設(shè)定值后，開模壓力通常小于所設(shè)置的壓力。3 .射臺動作參數(shù)射臺動作參數(shù)有：射臺快進、慢進、快退、慢退的速度射臺快進、慢進、快退、慢退的壓力。射臺慢進到位的位置。射臺快進、快退、慢退的時間。在手動操作時，可設(shè)定射臺射

22、臺前進及后退的位置和時間，這兩個動作的速度及壓力均是在廣內(nèi)設(shè)定，操作者是不能任意調(diào)節(jié)的。在射膠動作之前，射臺會前進，使射嘴緊貼模具澆口，在射膠進行時，射臺亦繼續(xù)前進，使射嘴緊貼模具澆口，以防止漏膠。射臺進動作分為快進與慢進2個階段。在溶膠及倒索后，可選擇令射臺后退，以增加工模冷卻效率及用以拉斷澆口。射臺退動作分為慢退與快退2個階段。射臺快進、快退、慢退三個動作都是由工作時間來控制的，即用時間來決定該動作的開始與結(jié)束。慢進由射臺到位吉制控制，即由位置來控制慢進的結(jié)束。4 .射膠參數(shù)射膠參數(shù)包括3部分：填充參數(shù)、保壓參數(shù)、冷卻參數(shù)。(1)填充參數(shù)填充參數(shù)有：各段射膠的注射壓力。各段射膠的注射速度。多段射速的轉(zhuǎn)化控制位置。當座臺前進到位吉制被壓下，電腦收到此信號隨即發(fā)出射膠動作信號。目前很多機型可進行多段射速射膠，操作者可根據(jù)具體的產(chǎn)品形狀、大小、結(jié)構(gòu)、