隨著模流分析技術的普及，塑料產品在生產之前會大量使用仿真分析技術來優化產品的熔接線位置、纖維取向和殘余應力。

Moldflow、ANSYS、ADINA、ABAQUS等是用于驗證和優化塑料零件、注塑模具和注塑成型流程的仿真軟件，為了使分析結果更接近于實際生產狀況，在仿真軟件模擬分析的過程中盡可能 的 對產品結構，材料性能，成型條件，注塑壓力等最大限度的貼合實際情況，材料特性參數的準確與否是保證分析結果是否準確的第一步。

UDB文件為使用仿真軟件進行仿真前，必須輸入的材料特性參數，如熱性能參數、成型工藝參數、粘度及PVT數據等。

（成功的UDB文件示意圖）

高分子材料分子結構復雜、體系復雜，流變行為對分子結構敏感，直接影響加工性能也直接或間接影響產品性能。對于高分子來說，絕大多數的成型加工都是熔融狀態下進行的， 特別是熱塑性塑料加工。

因此，高分子材料的在粘流狀態下的粘度，是其成型加工的首要性能。高壓毛細管流變儀是測試材料粘度的主要設備，具有結構簡單、溫度調節范圍較寬、用料少、測量時間短、剪切速率較寬(1x10-2~1x105S-1)，幾乎包括所有聚合物加工剪切速率的范圍)的特點，被廣泛用于聚合物的加工測試與研究。

然而工程塑料的測難度較大，測試人員對測試數據有效性無法及時作出有效判斷，導致大概率的復測。國高材分析測試中心，經過對大量材料的粘度測試，將數據結果進行模流仿真分析與實際工況對標，總結出高壓毛細管流變的測試技巧和數據判斷經驗，以期為廣大測試人員提供幫助。

01毛細管流變儀工作原理及其評價指標

毛細管流變儀的結構及工作原理如圖 1 所示，其工作原理為：裝入料筒的物料通過料筒外的電加熱器對物料進行加熱至熔融狀態，然后電機啟動并帶動柱塞以一定的速度向下運動，從而迫使熔體以一定速率從毛細管擠出。毛細管流變儀的工作過程是被測物料由固體玻璃態轉變為熔體黏流態的塑化過程和動態流變現象。

圖 1 毛細管流變儀的結構及工作原理示意圖

國高材分析測試中心可依據GB、ISO、ASTM等測試標準，通過高低溫萬能試驗機、高壓毛細管流變儀、靜態熱機械分析儀等設備，獲取材料仿真模擬所需的彈性模量、泊松比、粘度、密度等數據。咨詢電話：020-66221668，中心相關測試設備如下：

高壓毛細管流變儀的測試步驟：

1.安裝毛細管口模

2. 編輯測試程序后升溫

3. 填裝測試材料

4. 儀器清理

被檢測物料的黏彈性通過剪切速率 γ、剪切應力 τ、表觀黏度 η 和擠出脹大比 B 等指標進行評價：

式中：Q 為擠出流量，R 為毛細管內孔半徑，p 為材料流經毛細管的壓力差，L 為毛細管長度，dj 為擠出熔體的直徑，D 為口模直徑。

對于聚合物熔體，大多數是屬于假塑性液體,其剪切粘度隨剪切應力的增加而降低,同時測試條件（溫度、 壓力） 、 分子參數（分子量及其分布、 支化度等） 和添加劑(填料、 增塑劑、 潤滑劑等)等因素對剪切粘度-剪切應力曲線均有影響。

02案例分析

某客戶要求獲得材料UDB文件的測試要求是：溫度上限350℃，測前恒溫≥10min.，一般預熔融5min，剪切速率設置100~7000s-1/10000-1，三組溫度，注塑溫度±10℃。兩組口模，20:1、0:1口模。本案例從測試程序的設定，到試驗技巧的實施和測試結果的判斷來闡述具體情況的解決方案。

2.1 溫度的選擇

高壓毛細管流變獲取UDB文件測試，一般至少要選擇三個測試溫度，一般參考物性表的加工溫度上下限取3個值，推薦注射溫度±10℃（注塑的噴嘴溫度），升溫后要至少穩定10min方可測試。若無法精確得知注射溫度，可先測試DSC比熱，確定材料的完全熔融溫度后再確定高壓毛細管的測試溫度。

表1是常見塑料的注射溫度匯總表

模流分析的常見材料的測試溫度見圖2。

圖2模流分析的常見材料的測試溫度

2.2 剪切速率和允差的選擇

剪切速率一般要根據材料對剪切的敏感度來設置，柔性分子鏈對剪切敏感，剛性分子鏈對溫度敏感，對剪切敏感的材料在低速度點要設置的更密集。經過大量實驗證明總結了一些普適的條件。

對于PP材料來說一般設置100s-1,200 s-1,500s-1, 1000 s-1,3000 s-1,5000 s-1,7000 s-1，非填充或增強料可以設置到10000 s-1，允差不能超過2.5%；對于PC材料一般設置100 s-1,250 s-1,500 s-1,1000 s-1,2500 s-1,5000 s-1,7000 s-1, 允差不能超過3.5%, 如圖3所示，其他工程塑料PA、 PPS，PBT等可以按照PC料的初始條件測試，這幾個材料常常不穩定，可能需要調整測試條件。

圖3 PC料的剪切速率設置圖示

2.3 加料注意事項

 PA和PBT料需預烘干：120℃烘干4~6小時，烘干時間不可超過12小時。測試時從烘箱中取出直接測試，不可放置在干燥箱中處理。其他料在80℃烘箱中干燥4h，可存放于干燥箱中備用。加樣過程中要分多次待已加料熔融后再加，特別是對于測試溫度高，譬如PA材料，要盡可能多的加料直至加料口。

2.4 測試過程中的測試技巧

一般20:1口模 測試的比 0:1的測試要簡單，數據較好。對于溫度太高，預熱熔融階段溢出太多，開始測試時物料松散壓力低，第一個點測試黏度會偏低（特別是PA料用0:1的口模測試時經常出現此類情況）。要在預熔融倒數15-20S的時候以1mm/s速度控制活塞下壓10s，保證測試前物料密實，測試過程中可以更改壓力顯示范圍時刻關注壓力變化，再跳過預熔融階段如圖4所示。若在測試過程中若在兩個單點穩定時間周期內設備依然未取到點但是平臺段很明顯的時候可以進行手動取點（Take over MP）。

圖4

2.5 數據判斷

UDB高壓毛細管流變的三個測試溫度的曲線不能有交叉和拐點，剪切速度越高黏度越小。圖5所示的曲線明顯就有拐點，曲線不合格，需要重做，可以通過預壓實方法解決如圖6。

圖5預熱熔融階段溢出太多，開始測試時物料松散壓力低，第一個點測試黏度會偏低

圖6 預壓實改善后的曲線

各個溫度的黏度曲線出現交叉，曲線不合格需重測，如圖7所示，正常曲線如圖8所示。

圖7

圖8

UDB文件的測試需要得到真實粘度，需要進行2種校正，一種是入口壓力校正，即Bagley校正，主要修正壓力傳感器測量的入口壓力與毛細管真實的入口壓力之間的差別。二是剪切速率校正即binowitch-Weissenberg修正。

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