注塑工藝 04-02 流動 黏度 溫度_rec

在本課中，我們將描述塑性流動的影響。 模具填充過程中的塑性流動是影響最為重要的條件之一。 成型零件特性。 在較早的塑膠射出機中，也就是約1975年以前製造的機器，填充速率是由 注入壓力 填料速率隨著模腔填充阻力的增加而減慢。 空腔填充率可能有很大差異。 如今，所有現代塑膠成型機都具備控制塑料流量的能力。 這在機器功能上是一項重大提升，因為填滿率控制得以實現。 用於解決多個成型問題。 我們稍後再討論這些應用。 塑膠是如何流動的？ 在上一課中，我們看到了聚合物分子的形狀，即具有各種側基的長而細的主鏈。 用側基來製造不同種類的塑膠。 這是聚乙烯。 其側鏈為氫，為原子中最小者，而主鏈則為碳。 一個典型的聚合物分子可能在單一鏈中擁有上千個或更多的碳原子。 如果我們將每第四個氫原子側基替換為苯環，就得到了聚苯乙烯。 如果我們將每第四個氫原子替換為一個碳原子、三個氫原子，或甲基基團，我們就得到了聚丙烯。 如果 instead of a methyl group, we add chlorine atoms, it becomes PVC. 某些塑膠，例如這種碳酸酯，其主鏈中具有大型環狀結構。 使分子極度剛性。 如果你是處理器，可能會輕易被五十多種不同的塑膠家族搞得不知所措。 以及成千上萬種配方，但你不必如此。 所有塑膠在加熱、流動和冷卻過程中的特性有許多共通之處。 如果你掌握了聚合物行為的基本原理，那麼你只需專注於 您所使用的塑料经常存在的微小差異。 現在你已經知道，所有的聚合物分子最初都是短分子，然後經過聚合反應形成。 轉化為長鏈分子。 大多數聚合物分子傾向於捲曲和盤繞，而不是保持直線狀態。 我們必須讓這團像意大利麵條般的複雜形狀順利通過小型門口和細長的空腔。 填滿模具。 這看起來並不怎麼容易做到，但塑膠有一個獨特的性質使得 有可能。 描述塑料流动能力的特性稱為黏度。 黏度僅是流動的阻力。 高黏度表示流動阻力大。 低黏度表示流動時的阻力較低。 油的黏度比水高。 它流暢度不如之前。 水的黏度很低。 它流動得非常順暢。 用於成型的塑料其黏度遠高於水或油。 而且各種塑膠之間的黏度差異很大，甚至在同一類型內部也存在顯著差異。 塑膠製的。 模製過程中的一大挑戰，就是在每次變更時，找出最佳的成型條件。 黏度上。 黏度可以用多種方式測量。 最簡單的測量方法是熔融流動性測試或熔融指數測試。 該測試為ASTM測試編號1238。 在本試驗中，會使用規定的重量和熔融溫度，將熔融的塑料強制擠出。 通過一個小型流道。 10分鐘內流過的塑膠量（以克計）即為熔融指數，或稱為 熔體流動指數 兩個術語都使用。 高數值，例如15克或20克，表示塑料的黏度較低。 它流動相對容易。 數量較少，僅1或2克，表示塑膠流動緩慢。 它具有很高的黏度。 熔融指數測試是一種簡單且廣泛使用的測試。 但它對模具製造者而言僅有有限的價值，因為它僅在單一溫度下測量黏度。 流量極低，遠低於典型的注射速率。 更實用的黏度測量儀器是熔融流變儀。 此儀器將熔化的塑料擠出一個小孔，但它與熔融狀態的擠出有所不同。 因為它能在廣泛的流速範圍內測量黏度，更準確地說， 剪切速率。 此圖顯示塑性材料典型的黏度與剪切速率關係結果。 黏度的單位是泊。 此軸為剪切速率，單位為每秒的倒數。 就我們的目的而言，您無需關心單位問題。 我們僅描述黏度隨流量變化的情況。 高數值表示高黏度。 高剪切率也代表高流速。 利用這張圖，我們將向您展示一種典型塑料在流動時黏度的變化情況。 匯率變動。 在這種情況下，我們將測量典型聚苯乙烯在流動過程中黏度的變化。 塑膠的溫度為華氏400度，即攝氏232度。 從這裡開始，當塑膠流動較慢時，其黏度較高。 如果流速增加，黏度會降低。 這種黏度下降現象是因為部分分子在流動過程中發生了定向排列。 它們變得較不糾纏，因此能夠更順暢地流動，彼此之間的摩擦也更少。 他們。 這表示黏度隨著流量增加而降低。 隨著流量增加，黏度持續降低，因為越來越多 分子會對齊，它們的纏結也會減少。 黏度降低的量取決於塑膠的類型。 在極高的流速或剪切速率下，聚苯乙烯分子的取向會 使其黏度降至初始黏度的二十分之一。 這就是為什麼某些塑膠，例如聚苯乙烯，能夠填滿極細小的空腔。 前提是填充動作能迅速完成。 聚丙烯是另一種在流動時黏度大幅降低的塑料。 碳酸酯EMA，即你先前看到的環狀結構塑膠，其分子結構極為堅硬，具有很高的剛性。 不易於對齊，因此其黏度受流動影響較小。 最大粘度降幅約為50%。 大多數環狀結構的塑膠會處於此黏度變化範圍內。 大部分其他塑料都會在這裡。 每種塑膠都有其獨特的流動黏度與流動速率的關係，但所有塑膠都會受到 流量的變化。 你可以看出，控制塑膠流量在成型過程中是多麼重要。 在每一種塑膠類型中，還存在其他會導致黏度變化的因素。 改變。 溫度影響黏度。 較高的溫度使分子之間的距離增大，因此它們之間的摩擦力減小。 黏度下降。 聚合物分子可以具有各種大小。 一個塑膠件的尺寸常見分佈可能看起來像這樣。 有些非常短。 有些非常長。 這是一個平均分子大小。 這是一種相同的塑膠，但其分子鏈更長，短分子更少。 較大的平均尺寸。 這種分子分佈將具有更高的黏度，並需要更大的壓力 填滿模具。 塑膠供應商可以生產同一種塑膠的多種等級，每一種等級都具有 不同的分子量分布，且各自的加工性能也略有不同 要求 如果你使用再生塑料，你可能會發現再生料與原生料的混合物 塑膠可能需要您調整機器的壓力或溫度。 原因是再生料中的分子大小可能會發生變化。 先前被加熱過的。 這也是為什麼，一旦你找到了最佳的處理條件，就不應該再更改。 再研磨率的百分比。 當分子的平均大小改變時，會同時影響黏度及其他相關特性。 成型零件的特性。 如果分子較短，彼此之間的纏結就會較少，因此它們具有 較低的黏度。 它們流動得更順暢。 但如果它們太短，成型部件的強度就不會那麼好。 長分子更易纏結，因此黏度更高，但成型部件 力量增強了。 包括纖維、填料、潤滑劑、回收料及著色劑在內的添加劑，都會影響塑膠的性質。 黏度 填充劑和纖維可增加黏度。 潤滑劑會降低黏度。 再研磨通常會降低整體黏度，因為部分分子鏈被縮短了。 例外的是聚乙烯，由於交聯作用，其黏度通常會增加。 一些分子。 一個更換添加劑（包括摻入回收料）的模具工，應預期會出現變化。 在塑性流動、模腔充填以及成品中的分子取向方面。 當塑膠填滿模具時，塑膠正經歷著許多變化。 流體流動時，分子相互滑過會產生摩擦生熱。 同時，模具正在冷卻塑膠，至少是外部的部位。 我們將從簡化流程開始，描述如果沒有冷卻會發生什麼情況。 塑膠在模具中流動時的情況。 熱流道模具中熱流道部分的流動是一個很好的例子。 再次強調，為了圖示說明，我們所顯示的分子遠大於實際大小。 在桶的前端，塑膠被加熱至成型溫度。 分子隨機排列，毫無規律。 即使是一種半結晶性塑料也是如此，因為晶體已經熔化了。 現在，我們將通過向前推進螺絲來填滿模具。 當我們讓分子流動時，它們會形成速度分布。 中心的塑料流動最快，如較長的箭頭所示。 靠近牆壁的塑膠流動最慢，因為它們的速度受到摩擦力的影響而降低。 與牆壁一起。 此流動剖面顯示，每個分子的速率取決於它與邊界的距離。 牆壁附近最慢，中心最快。 流動是分子能夠定向的原因。 這個分子大致上與流動方向呈交叉狀態。 速度箭頭顯示，靠近牆壁的一端流動速度較慢。 朝中心方向。 可能嗎？ 不，除非分子破裂，否則不會。 事情是這樣的。 較快的一端向前移動，較慢的一端則向後退縮，整個分子於是現在對齊。 在流向中以同一速度流動。 現在，我們將展示所有分子的流動過程。 請注意，分子僅在流速存在差異之處才會定向。 當兩個相鄰的分子以不同速度流動時，它們之間就會產生剪切力。 這就是導致它們定向的原因。 在流體流動的中心，分子流動 KeyEvent 快，但並無差異。 由於鄰近分子的運動速度，因此沒有方向性。 請記住，聚合物分子的取向並非由流速所引起。 這是由流速差異所造成的。 分子取向是流動的一種效果，但還有其他效果。 流動性降低黏度。 你之前在黏度與剪切速率的圖表中見過這種現象。 黏度降低是因為分子排列整齊後，彼此之間的摩擦力減小。 因此，分子排列越一致，黏度就越低。 這種現象稱為非牛頓流動行為。 流體的第三個效應是，由於流體之間的摩擦或剪切作用而產生熱量。 流動的分子。 局部高剪切區域的剪切加熱可能相當高，高到足以產生貢獻。 熱敏性塑膠的熱劣化。 了解塑性流动行為對成型加工者非常有幫助。 一種非牛頓塑性流體，其黏度因流動而大幅降低，可以 用於填充薄壁零件和長流動長度。 聚苯乙烯、聚乙烯和聚丙烯是其中的範例。 牛頓型塑膠，例如這種聚碳酸酯零件，是一種塑膠的範例。 其黏度在流動時變化不大。 這種塑膠需要更高的壓力和溫度才能填滿模腔。 由非牛頓型塑料製成的薄壁部件容易沿流動方向產生裂紋，原因是 大部分厚度由取向分子組成。 較厚的區域具有分子取向無序的中心區，因此較不易產生裂紋。 當塑膠零件沿流動方向產生裂紋時，幾乎可以肯定是由於分子取向所致。 是一個重要的因素。 模塑工程師應調整流動或冷卻條件，以減少殘留的取向程度 在這些部分。