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聚合物熔体流动状态

2017-04-18 09:11:27

分析熔体在各种界面通道内流动时,不论牛顿型流体或非牛顿型流体,都被假定为稳定流动状态,即塑料加工切应力在管中心为零,向管壁逐渐增大,在管壁处为最大。也就是说,流体在圆管内的速度分布在管中心为最大,向管壁逐渐减小,在管壁处为零。对牛顿型流体来说,这种分布呈抛物线。
 
注塑成型中流动过程是塑料聚合物熔体在注塑机内的旋转螺杆与料筒之间进行输送、压缩、熔融塑化,并将塑化好的熔体储存在料筒的端部。储存料筒端部的熔体受螺杆的向前推压力并通过喷嘴、模具的主流道、分流道和浇口,开始射入模腔内。这一区段的特点是各段流道长径比较大,截面一般具有简单的几何形状,此段的熔体一般不发生物理、化学变化。
 塑料件加工
压力损失和熔体的表观粘度成正比,表观粘度越大,压力损失也越大。因此,降低粘度有利于充模。降低粘度的一种办法是升高熔体温度,但升高熔体温度也有一定限制,不能高于聚合物的降解温度。有些聚合物达到一定温度后,若再大幅度提高温度,而它的表观粘度却降低有限,反而降解。降低粘度的另一种办法是提高聚合物的剪切塑料。提高剪切速率可借助于小浇口尺寸或增加注塑压力。但需要注意的是,提高剪切速率要防止聚合物的降解以及熔体破碎现象的发生。
 
塑料熔体经浇口射入模具型腔过程中的流动、相变与固化。这一区段完全在模具内完成,其过程非常复杂,涉及三维流动、相迁移理论、不稳定导热等方面的知识。对于圆形流动通道,压力损失与流道半径的4次方成反比,对矩形流动通道,压力损失与流道深度的3次方和宽度的1次成反比,即流道界面尺寸越小,压力损失就越大。
 
矩形流道的深度对压力损失的影响要比宽度对压力损失的影响敏感得多、大得多。因此,在设计分流道或浇口时,其深度应尽量小一些,以便试模后留有返修的余地。但浇注系统的截面积也不是越大越好,因此随着浇注系统截面的增大,熔体的流速减小,剪切速率也会减小,导致熔体表观粘度增加,流动性降低,压力损失反而增大。因此浇口截面的增大有个极限值,这就是大浇口的上限。
 
塑料加工成型过程中,经常会遇到聚合物熔体在各种几何形状的通道内流动的情况。注塑过程中,熔体在螺杆和柱塞的推动下,从喷嘴经浇注系统注入型腔内,在挤出成型中,熔体被螺杆挤入各种口模、研究熔体流动过程中流量与压力降的关系、物料流速分布、端末效应等都是十分重要的,这对控制成型工艺、塑件质量和模具设计都有直接关系。
 
采用小浇口时,流速越快,他的剪切速率越大,所以表观粘度越小,越容易注射。另外,熔体高速流经小浇口时,摩擦力增大,部分能量转变为热能,提高了浇口处的局部温度,也有利于表观粘度的降低。剪切速率与表观粘度的依存关系则不复存在,即超过此极限,剪切速率再增加,表观粘度也不再降低,此时的浇口截面就是小浇口的极限尺寸。
 
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