模流分析入门电子版教程(11)

根据古典流体力学的简化理论，充填熔胶输送系统（竖浇道、流道和浇口）和模穴所需的射出压力与使用材料、设计、制程参数等有关系。图4-8显示射出压力与各参数的函数关系。使用P表示射出压力，n 表示材料常数，大多数聚合物的n值介于0.15~0.36 之间，0.3是一个适当的近似值，则熔胶流动在竖浇道、流道和圆柱形浇口等圆形管道内所需的射出压力为：

n?熔膠黏滯性?? 流動長度?? 容積流動率? p ?3n?1?管道半徑?

熔胶流动在薄壳模穴之带状管道内所需的射出压力为：

熔胶的流动速度与流动指数(Melt Index, MI) 有关，流动指数也称为流导flow conductance），流动指数是熔胶流动难易的指标。实际上，流动指数是塑件几何形状（例如壁厚，表面特征）及熔胶黏度的函数。流动指数随着肉厚增加而降低，但是随着熔胶黏度增加而降低，参阅图4-9。

射出成形时，在特定的成形条件及塑件肉厚下，熔胶可以流动的长度将根据材料的热卡性质与剪切性质而决定，此性质可以表示为熔胶流动长度，如图4-10所示。

n?熔膠黏滯性?? 流動長度?? 容積流動率? p ?2n?1?管道寬度? ?管道厚度?

图4-8 射出压力与使用材料知黏滞性、流动长度、容积流率和肉厚的函数关系

图4-9 流动指数相对于壁厚与黏度关系

图4-10 熔胶流动长度决定于塑件厚度和温度

将射出成形充填模穴的射出压力相对于充填时间画图，通常可以获得U形曲线，如图4-11，其最低射出压力发生在曲线的中段时间。要采用更短的充填时间，则需要高熔胶速度和高射出压力来充填模穴。要采用较长的充填时间，可以提供塑料较长的冷却时间，导致熔胶黏度提高，也需要较高的射出压力来充填模穴。射出压力相对于充填时间的曲线形状与所使用材料、模穴几何形状和模具设计有很大的关系。

图4-11 射出压力相对于充填时间之U形曲线

最后必须指出，因为熔胶速度（或剪变率）、熔胶黏度与熔胶温度之间交互作用，有时候使得充填模穴的动力学变得非常复杂。注意，熔胶黏度随着剪变率上升及温度上升而降低。高熔胶速度造成的高剪变率及高剪切热可能会使黏度降低，结果使流动速度更加快，更提高了剪变率和熔胶温度。所以对于剪变效应很敏感的材料本质上具有不稳定性。

4-2-1 影响射出压力的因素

图 4-12针对影响射出压力的设计与成形参数进行比较。 参数 塑件设计 肉厚 需要高射出压力 可用低射出压力 塑件表面 浇口设计 浇口尺寸 流动长度 成形条件 熔胶温度 模壁（冷却剂）温度 螺杆速度 选择材料 熔胶流动指数

图4-12 射出压力与设计、成形参数、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。