1 绪论
1.1熔体流变学与注射成型的关系
世界上一切物质都在流动,所以流变学是一门普适科学。聚合物熔体流变学,是一聚合物被加工成制品相关的科学,是关系到使聚合物制品设计符合使用要求的科学,是与聚合物制品长期使用和储存性能密切相关的科学。聚合物熔体流变学之所以特别引人注目,是基于这样的事实,即聚合物制品性能不仅取决午分子结构和分子参数,而且与加工条件密切相关。注射成型涉及到塑料熔体的流动和传热这些输送过程。塑料熔体在流道(包括模具型腔、浇注系统)中的流动是典型的粘、弹性流体非等温流动,属于复杂的传热传质过程,因此在注射成型过程中包含着丰富的熔休流变学内容。随着注射成型技术的发展,聚合物熔体流变学的重要性也越来越为塑料模设计程师所承认和理解。尽管流变学目前已经开始普及,但我国尚有相当部分塑料工程科技工作者,尤其是背景为机械工程的塑料模设计师,还比较陌生。把熔体流变学的方法用于指导模具设计,不仅能克服由“凭经验”带来的多次修模所造成的一系列弊端,而且深刻地了解聚合物熔体在模腔里的流动行为,将能有效地求得合理的原料配方,定出合理的工艺和发展工艺,并进而对所用的工艺设备提出合理的要求。因此,在塑料制品的加一L过程中,聚合物熔体流变学理论便成为模具设计师不可缺少的基本理论基础,掌握聚合物熔体在模具型腔中的流变行为成为注射成型的重要内容。
1.2塑料流变性与模塑性的关系
塑料熔体是典型的非牛顿流体,在采用注射成型工艺将塑料加工成制品之前首先得测试其模塑性(moldability)。塑料的模塑性是指在一定温度和压力作用下,塑料在模具中模塑成型的能力。模塑性是衡量塑料成型加工难易程度的一项重要指标:是塑料的工艺性能,不是单纯的物理、化学性能。对具体的成型模具而言,只有具有可模塑性的材料(moldablematerial)才可以通过注射成型方法制得所需形状的塑件,它对于其他的模塑成型方法同样实用。在实际生产中塑料的模塑性关系到生产工艺的成败。下面的模塑窗口说明了模塑条件与塑料的模塑性的关系。
1.3塑料的流动比注射成型
所有流动比中最大者则为该塑料的最大流动比。由流动比的定义可知,塑料的流动比与塑料的流动性既有联系又有区别。衡量塑料流动性的流动长度与粘度都是带有单位的单纯的物理量。同种塑料在不同的测试模具中将得到不同的流动长度。而塑料流动比则在流动长度的基础上综合考虑了流道壁厚,得到的是不带物理单位的标量,将不受测试仪器、测试方法的影响。于是用塑料流动比来衡量其模塑性将较流变性、流动性更科学。对注射成型来说,塑料熔体的流动比是一项非常有价值的工艺指标。根据塑料的流动比曲线,结合制品的尺寸,选择具有可模塑性的流动比,然后在此流动比对应的工艺条件的基础上,可以优化注射成型工艺设计。同样的道理,在拟定注射成型工艺条件的情况下,可以根据塑料的流动比曲线,优化制品的尺寸。其中塑料的流动比曲线可通过实验测试获得。在注射成型工艺设计时,确定浇口位置和确定大型制品浇口数量,必须要进行流动比校核,因为型腔厚度不大,流动距离过长时,不但内应力增加,塑料在流动过程中还会因温度降低而不能充满整个型腔,这时只有增加制品壁厚或改变浇口位置。例如薄长形制件由短边进料改为由长边进料,或如上面所述那样采用过渡浇口或多浇口来缩短最大流动距离。
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第二章熔体流动性测试模具设计
2.1熔体流动性测试模具设计原理与要求
2.1.1设计原理
塑料在熔体流动性测试模具中的流动长度直接反映了该塑料流动性的好坏。流动长度越长,其流动性越好;相反,流动长度越短,其流动性越差。具体注射压力条件下的塑料流动长度与熔体流动性测试模具型腔厚度的比值便为该塑料对应于此注射压力的流动比。2设计要求根据设计原理设计出的熔体流动性测试模具应符合以下各项要求:a)能够实现课题研究目的;b)设计过程遵循一般性的模具设计原则;c)模具型腔的尺寸及几何特征具有可更换性;d)应用范围广,可适用于热塑性塑料、热固性塑料、金属粉末、陶瓷等模塑材料的性能测试与研究;e)能够保证测试质量,有利于测试后处理;f)结构合理、制造容易、成本低廉;g)操作简便。
2.2熔体流动性测试模具结构设计
2.2.1熔体流动性测试模具型腔轮廓特征设计
由阿基米德螺旋线的特点可知,如果采用其作型腔轮廓形状,将在型腔板总体尺寸不大的情况下,型腔可以具有较大的长度, ,于是很适合于作为流动性测试模具的型腔轮廓形状。为了与国际标准接轨,熔体流动性测试模具型腔轮廓之一将采用与美国ASTM标准模具相同的阿基米德螺旋线。山于阿基米德螺旋线模具型腔的结构特殊,如果不采取有效的措施,试件的长度量将极为不便。为了便于计量塑料熔体的流动长度,需在阿基米德螺旋线卜每隔50mm(弧长)以微孔做一个点标记,其直径为lmm,高度为0.smm。这样当试件脱模后,不必测量其全部长度,不仅提高了测试效率,同时提高了计量精度。在进行微孔的加工时,利用的将是弧长与极角的对应关系。当弧长l由极点开始每增加50~时,螺旋线上该点与极轴上的夹角便可根据(2一3)式计算出来。考虑到计算精度和效率,可以采用C语言编制计算机程序进行计算。
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第二章熔体流动性测试模具设计………………11
2.1熔体流动性测试模具设计原理与要求……………11
2.2熔体流动性测试模具机械结构设计……………11
2.3本章小结……………20
第三章流动比的实验测试及研究……………21
3.1实验测试方案设计……………21
3.252250/1200型注射机的相关技术参数……………21
3.3实验测试材料选取……………22
3.4实验测试参数优化设计……………22
第四章熔体流动性测试模具充填过程计算机数值模拟(CAE) …52
4.1CAE在塑料成型中的应用与意义……………52
4.2注射成型CAE的内容及目的……………52
4.3注射成型CAE的商品化软件……………53
4.4熔体流动性测试模具充填模拟……………54
第四章熔体流动性测试模具充填过程计算机数值模拟(CAE)
4.1CAE在塑料成型中的应用与意义
本章介绍了计算机数值模拟(CAE)在注射成型中的应用及意义,注射成型CAE包含的内容和目的,以及对部分主要的CAE商业软件进行了介绍。建立了熔体在阿基米德螺旋线模具中流动模型,同时阐述了熔体流动性测试模具型腔在PRO尼2000中的实体建模过程。在实体建模的基础上以C.MOLD98.6软件为工具,以PP一T30S在阿基米德螺旋线半圆形截面流动性测试模具中的充填过程为范例,阐述了C一M0LD98.6在熔体流动比研究中的应用方式和意义。
结论
通过这些工作得到如下主要结论:(l)在一定注射速率条件下,熔体流动性随注射压力的变化规律受模具型腔特征的影响较显著;在一定注射压力条件下,熔体流动性随注射压力的变化规律受模具型腔特征的影响不明显。(2)相同注射压力条件下,熔体在比表面积小的模具型腔(包括浇注系统)中的流动比、最大流动比较其在比表面积大的模具型腔(包括浇注系统)中的流动比、最大流动比大。(3)流动性好的熔体在注射压力较低的区段受模具型腔(包括浇注系统)的横截面特征影响最大,而流动性差的熔体则在注射压力较高的区段受模具型腔(包括浇注系统)的横截面特征影响最大。(4)相同注射压力条件下,熔体在轮廓特征简单(无方向的较大的突然改变等)的型腔中的流动比、最大流动比较其在轮廓特征复杂(存在方向的较大的突然改变等)的型腔中的流动比、最大流动比大;对应的注射速率前者较后者小。(5)随着注射压力、流动比的增大,熔体流动比对应的注射速率总的趋势是减小的。(6)在熔体流动比实验测试和理论研究的基础上,针对模具型腔截面特征和轮廓特征这两种因素,对应地引入了修正系数得到修正后的流动比(入)
参考文献（略）