剪切热导致的流动不平衡现象解析

一、引用

随着塑料制品注塑成型的高效化和精密化成型发展，一模多穴的应用十分普遍，为保证各腔制品的重量、性能等质量指标均匀一致，必须使浇注系统流动平衡，然而在实际中发现尽管模腔的流道在几何上完全对称，但是每腔的流动并不平衡充填。多模腔模具与几何平衡流道系统设计的流动不平衡问题，其原因长久以来归咎与模具温度的差异，或者模具在制造中翘曲变形所致。透过一系列的试验与moldflow有限元模流分析，已经证明流动不平衡问题是由于射出充填时，熔融塑料在流道内所产生的不对称剪切分布现象所致。因此将产生各模穴之间包括压力、熔融塑料温度与成型品机械性质的差异。此塑料剪切所造成的流动不平衡效应会因制造条件、材料、流道设计及流道尺寸的不同而差异显著。

产品流动不平衡的原因及缺陷

1、流动平衡：使熔体从注射点到每一个模腔都具有相同的流动距离

● 避免相同产品密度、尺寸、重量不相等的现象，导致无法装配
● 非均匀填充容易造成毛刺、缺胶，过保压等缺陷

2、影响流动不平衡的因素

● 模具结构：每腔的排气设计差异
● 注塑工艺：注塑速度对流动平衡的影响
● 材料：各种材料流动不平衡的程度差异

三、剪切热的产生及作用

1、剪切热的产生

● 喷泉流动：熔体在型腔中流动将产生两种流动方式，一种向前推进，一种往外流动。
● 剪切速率：沿凝固曾内侧剪切速率最大，将产生剪切热

三、剪切热的作用

● 剪切变稀

降低表观粘度，提高熔体的流动性。对剪切敏感的材料如：PP、PS、ABS、POM等。

● 熔体裂解

过高的剪切速率造成很高的剪切热使熔体发生降解

四、剪切热引起不平衡试验装置

● 可视化模具
● 高速摄像机：观察记录成型过程中塑料熔体流动前沿在型腔内的移动情况
● 集成热电偶：
- 可对树脂充模、冷却过程中流道剖面上的温度进行测量
- 高密度
- 高精度
- 可承受注塑熔体多次冲击
● 双料筒共注射成型机
- 静态可视化
- 动态可视化

五、剪切热引起流动不平衡的内在机理

1、高速、低速熔体的截面温度分布

● 随着注射速率的提高熔体流动过程中会产生剪切热。式中为剪切热的表达式：

式中：q ——剪切热
η ——树脂的粘度，它是树脂温度θ与剪切速率γ的函数
∇v ——树脂的流动速度梯度

由剪切生热所导致的流道截面内熔体温度分布形态的变化以及熔体温度经过流道分岔口后的不对称现象,是造成多型腔不均衡充填的根本原因。

2、不同的流动速率对流动模型的影响

● 对“H”型流道进行高速、低速试验
● 高速注塑时下侧型腔较早填满、低速注塑时上侧型腔较早填满

六、moldflow分析剪切热引起的不平衡现象

由于剪切热的作用, 主流道中不均匀但对称的熔体温度分布在二级流道中失去对称性是产生充填不平衡的根本原因。

七、改善剪切热引起不平衡现象的方法

● 更改流道、浇口、产品尺寸

特点：快捷方便,效果短暂,仅仅是压力平衡。

● 美国BTI研制的“MeltFlipper ”装置来改善流动平衡将嵌件放入流道系统。这些嵌件通过旋转熔体层使之发生某种程度的取向，从而使所有较热和较冷的熔体层都被均匀分布到每一个分流道上。

特点：压力、温度、粘度均平衡

● 适当的注塑工艺，采用“两步注塑法”

两步注射法即在同一注射周期中采取从低速注射切换到高速注射的方式来改善流动平衡的影响

特点：操作简易、廉价、高效

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