产业长期困扰的耳流仿真 新黏度模型有解了

in Top Story on 4 月 07, 2021
科盛科技研究发展处 科学家 曾焕锠

射出成型是最常用于生产塑料制品的制程,此技术发展至今已日趋成熟,然而产业长期以来仍面临了一个亟需解决的问题:即便是最先进的预测工具,至今仍无法得到令人满意的「耳流」分析结果。耳流现象即是指塑料流至模穴时,其流动波前的中心点会明显慢于两端,如图一所示。并非所有的高分子聚合物都一定会产生耳流;而在某些特定的聚合物上,则可清楚看到厚件对于流动的影响。耳流多出现在薄件产品上,较厚的产品则并未观察到此现象。此外,较快的注射速度也相对较容易产生耳流。这些现象一直都是产业希望能透过模拟技术厘清的问题。

图一 耳流示意图

过去流动行为的模拟,多只针对剪切效应:然而真实的流动行为其实是剪切与拉伸流动之综合效应。Moldex3D研发团队持续努力,开发出新的黏度模型,称之为eXtended GNF (GNF-X)模型,可根据剪切与拉伸流动的综合效应,推导出加权黏度。本文即尝试利用导入GNF-X方程式后的Moldex3D流动求解器,模拟材料为纯聚碳酸酯(PC)的射出成型圆盘,以获得可靠的耳流分析结果。[U. S. Patent Pending in USPTO with Application No. 62/886,539 (2019)]

本案例目标即为比较Moldex3D新研发的模型及GNF模型所得到的耳流分析差异。首先根据Beaumon的研究,以Moldex3D进行射出成型圆盘产品之PC流体在模穴中的充填模拟。其熔胶温度和模具温度分别为293.3 oC and 82.2 oC;射出时间为10秒。图二为GNF剪黏度的交叉模型分析结果,当模穴填满50%及90%时,分别呈现出凹面和平坦的流动波前,与真实情形有所差异。接下来在Moldex3D的流动计算中,采用新的GNF-X模型与拉伸黏度,结果呈现出模穴中心的流前推进速度明显慢于边缘,即所谓的「耳流」(图三),达到了令人满意的预测结果,证实Moldex3D新的拉伸黏度函数可成功解决长期存在的耳流模拟问题。

图二 以GNF黏度模型仿真射出成型PC圆盘

图三 以新的GNF-X黏度模型仿真射出成型PC圆盘

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