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在注塑成型分析中，分析的準(zhǔn)確性很大程度上取決于材料數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。一般情況下，計(jì)算都是基于分析軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中注冊(cè)的材料物性數(shù)據(jù)，但必須注意材料數(shù)據(jù)的可靠性。分析軟件附帶材料數(shù)據(jù)的測(cè)量報(bào)告，因此在第一次分析之前，需要考慮測(cè)量報(bào)告是否足夠可靠。在本文中，我們將解釋注塑成型分析中使用的材料數(shù)據(jù)的項(xiàng)目和內(nèi)容。

 

材料數(shù)據(jù)

■ 流變性能

流變學(xué)是對(duì)物體變形和流動(dòng)現(xiàn)象的研究。流變學(xué)涉及固體和液體之間的中間性質(zhì)。

由于樹脂是由具有粘彈性的高分子材料組成，在低溫或高速條件下硬而脆，在高溫或低速條件下又粘又軟，容易產(chǎn)生永久變形。

粘度代表流體的粘性。粘度高則粘稠，不易流動(dòng)；粘度低則光滑，易流動(dòng)。流變學(xué)對(duì)于處理粘度是必要的。另外，剪切率（剪切率）是表示施加于物體的應(yīng)變量的值。

 

?粘度數(shù)據(jù)

圖 1 粘度數(shù)據(jù)（聚酰胺樹脂“ LEONA™ 1402S”）

圖 1 顯示了剪切速率依賴性（流動(dòng)曲線），縱軸為粘度，橫軸為剪切速率。在CAE分析中用于評(píng)價(jià)材料的粘度。樹脂具有熔體粘度的溫度依賴性和剪切速率依賴性。換句話說，由于粘度隨剪切速率和溫度而變化，因此流動(dòng)的難易程度隨樹脂如何流動(dòng)而變化，這是評(píng)價(jià)成型性所必需的。

 

?MFR（熔體質(zhì)量流量）

熔體質(zhì)量流動(dòng)速率是評(píng)價(jià)熔融塑料流動(dòng)性的數(shù)值。測(cè)量方法是將熔融塑料裝入筒體，在恒溫恒載條件下，用活塞將其推出模具（噴嘴），測(cè)量10分鐘排出的質(zhì)量。數(shù)字越大，熔融時(shí)的流動(dòng)性越高，表示容易流動(dòng)（成型性好）。

 

進(jìn)行比較時(shí)必須小心，因?yàn)闇y(cè)量時(shí)的溫度和負(fù)載可能因材料數(shù)據(jù)中的樹脂類型而異。低剪切區(qū)的流動(dòng)性與實(shí)際成型時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比研究具有重要意義。

 

■ 熱性能（thermal properties）

不同類型的塑料具有不同的熱性能。此外，我們還必須考慮它隨溫度而變化。

 

·比熱

比熱是提高單位質(zhì)量物質(zhì)的單位溫度所需的熱量（能量）。是表示物體的“升溫難易度”和“降溫難易度”的指標(biāo)，影響溫度變化的快慢。

測(cè)量方法為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《ISO11357-4塑料-差示掃描量熱法（DSC）》。

 

圖2 比熱數(shù)據(jù)（聚酰胺樹脂“ LEONA™ 1402S”）

 

?轉(zhuǎn)變溫度

樹脂的物理性能不隨溫度成正比變化，但具有在特定溫度范圍內(nèi)材料性能急劇變化的特性。發(fā)生突然變化的溫度范圍稱為轉(zhuǎn)變溫度，特別是將熔融態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)（玻璃態(tài)）的溫度稱為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

 

測(cè)量方法為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《ISO11357-3塑料-差示掃描量熱法（DSC）》。

 

?射出溫度

成型品可以從模具中取出的溫度。冷卻后，用頂針取出成型品，但如果溫度下降不充分，則有變形的危險(xiǎn)。

 

·導(dǎo)熱系數(shù)

導(dǎo)熱系數(shù)是表示單位長(zhǎng)度和單位溫度的熱傳遞速率的值。導(dǎo)熱系數(shù)越高，越容易導(dǎo)熱。一般來說，樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)較低，但在將樹脂熔融并注入模具的成型過程中，導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)影響成型性。塑料具有溫度依賴性，其中熱導(dǎo)率圍繞熔化溫度和結(jié)晶溫度變化，這是 CAE 分析中的一個(gè)重要因素。

測(cè)量方法為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《ISO22007-2瞬態(tài)平面熱源（熱盤）法》。

 

圖3 熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)（聚酰胺樹脂“ LEONA™ 1402S”）

 

■ PVT特性

注塑樹脂時(shí)，樹脂在高溫高壓下被注入冷模具中，并迅速冷卻至固態(tài)。此時(shí)，由于冷卻而發(fā)生體積減小（收縮）。這種在冷卻過程中的行為變化 [P（壓力）- V（體積）- T（溫度）] 關(guān)系稱為 PVT 特性。樹脂成型時(shí)的收縮不僅會(huì)影響尺寸精度，還會(huì)因收縮不均勻而導(dǎo)致縮痕、翹曲等成型不良。

 

PVT特性測(cè)量方法有活塞法和水銀法。在活塞法中，將熔融樹脂置于樣品管中并用活塞加壓，此時(shí)壓力和溫度變化相對(duì)于比容進(jìn)行測(cè)量。在這種方法中，由于收縮可能會(huì)出現(xiàn)間隙，因此有時(shí)會(huì)使用密封液法（水銀法），將水銀封裝起來，對(duì)樣品施加靜水壓力。

 

圖4 PVT特性數(shù)據(jù)（聚酰胺樹脂“ LEONA™ 1402S”）

 

■ 收縮性能

PVT 特性導(dǎo)致樹脂收縮，但收縮不均勻。收縮率的變化會(huì)導(dǎo)致成型缺陷，例如縮痕、翹曲和變形。成型收縮率因成型品的厚度、形狀等各種因素而異。

因此，收縮特性是通過將獲得的體積收縮率分類為面內(nèi)收縮率和板厚收縮率、流動(dòng)方向和流動(dòng)垂直方向來提高樹脂收縮分析的準(zhǔn)確性的數(shù)據(jù)。

 

■ 材料特性

物理特性是材料的物理特性。了解密度和比重等物理特性對(duì)于選擇塑料材料非常重要。

在 CAE 分析中，在檢查材料應(yīng)力時(shí)特別需要楊氏模量和泊松比。

 

·楊氏模量

楊氏模量也稱為縱向模量（伸長(zhǎng)模量）。它是在對(duì)物體進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，表示物體應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系的系數(shù)。

 

?泊松比

泊松比是當(dāng)對(duì)物體施加力時(shí)在縱向和橫向上發(fā)生的應(yīng)變之比。由于楊氏模量是縱向（拉伸方向）的模量，橫向可以從泊松比求得，可以得到物體的應(yīng)力、應(yīng)變等材料的物理性質(zhì)。變化率因材料而異。在CAE分析中需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算等。

 

?線膨脹系數(shù)

線膨脹系數(shù)是物體在溫度變化時(shí)單位長(zhǎng)度的膨脹和收縮率。

物體在溫度變化時(shí)會(huì)膨脹或收縮。由于應(yīng)力的程度因材料而異，因此通過接合不同材料制成的部件的膨脹和收縮量的差異會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致變形和裂紋。在設(shè)計(jì)樹脂與金屬或不同類型樹脂粘合的零件時(shí)，必須考慮線性膨脹系數(shù)。

 

用于填料增強(qiáng)

填料也稱為填料，通過將其添加到樹脂中并混入，具有提高強(qiáng)度和耐熱性等效果。碳纖維和玻璃纖維等纖維基填料是典型的例子。添加纖維基填料可降低成型收縮率和線性膨脹系數(shù)。另一方面，纖維更可能沿流動(dòng)方向取向，其性能發(fā)生變化，如各向異性增加。

 

·比率

物理性能也會(huì)根據(jù)樹脂中混合的填料量而變化。填料含量越高，功能性（導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等）越高，但成型性有下降的趨勢(shì)，加工也變得越困難。

重要的是要知道您使用的材料中有多少填料。

 

·縱橫比

必須考慮棒狀和片狀填料的縱橫比。

縱橫比是指長(zhǎng)軸與短軸之比，填充物的縱橫比越高，具有性能越高的傾向。另一方面，也存在填料容易凝聚的缺點(diǎn)。

 

結(jié)束語

使用新樹脂時(shí)，重要的是在分析之前檢查材料數(shù)據(jù)。正確了解材料數(shù)據(jù)庫(kù)并能夠正確閱讀性能表是選擇合適材料的捷徑。

在 CAE 分析中也是如此，可用的信息越合適，分析就越準(zhǔn)確。確認(rèn)材料數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)是否正確，對(duì)于提高分析的準(zhǔn)確性也很重要。充分利用材料數(shù)據(jù)庫(kù)，并將其應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。