大家都知道，塑料原材料作為大宗工業品成批次生產出來，批次與批次之間完全一樣是不可能的，總會有些差異存在。 譬如粘度/MFI，顏色等，特別是改性料，因為每批次做的量不夠大，所以這種差異會更加凸顯。

這些差異對后期成型廠的成型可能就會造成一些影響，譬如成型工藝可能會需要進行微調甚至比較大的調整，以適應不同批次的這些差異。 那么如何才能做到盡量少的調整甚至是不調整呢？

模內流變分析就是一個很好的方法。通過這個方法可以最大可能的消除批次之間由于粘度/MFI造成的后期工藝波動。

大家都知道，塑料是高分子，分子鏈常態下是纏繞在一起的，有點像意大利面 – 無定型的意大利面跟半結晶的意大利面，哦不對，是無定型的塑料跟半結晶的塑料 :)

同時塑料是非牛頓流體，剪切應力與剪切應變率之間不是線性關系，所以當剪切應變變化的時候粘度并不是恒定不變的。所以注塑的時候調整螺桿轉速跟射速的時候，可能都會影響到最終塑料熔體的粘度，從而造成最終產品的波動。

特別的，在注塑過程中粘度的差異會造成額外的壓力降的差異。根據哈根-泊肅葉定律可見壓力降跟熔體的運動粘度是成比例的。

                           

不要小看這種差異，這個差異通過注塑工藝擴散到模具型腔里會被放大，甚至會被放很大。以下圖為例(圖片來自RJG)，機器穩定的提供10,000 psi(相當于接近70MPa)的注塑壓力，如果塑料的粘度波動在10%，那么注塑過程中的壓力降波動也是10%，到了模具型腔后的差異放大到23%！最大粘度跟最小粘度的壓力差甚至可以達到 (3700-2300) ÷ 2300 × 100% = 60%！ 可想而知能對最終的產品外觀/質量造成多大的波動。

             

那么怎么樣才能避免這種情況呢？ 嚴格說來，塑料的流變行為其實是非牛頓流體跟牛頓流體的結合。在低的剪切的時候，塑料表現為非牛頓流體，但隨著剪切的升高，分子鏈開始解纏繞并開始沿著剪切/流動方向取向：

解取向越多，牛頓流體的流變特性就會凸顯的越多，粘度受剪切的影響也就越弱，這就是模內流變分析的理論基礎。

注塑過程中剪切跟注射的速度成比例，如前所述，如果注塑速度造成的剪切速率還在曲線的非牛頓區域內的話，那么一個小的波動可能就會造成粘度的一個大的變化，從而造成模次之間的差異。所以模內流變分析的主要目的就是找到這條曲線的牛頓流體區域 – 這樣說其實也不精確，更精確的說法應該是通過注射速度的調整找出粘度受剪切波動影響最小的區域，也就是說找出粘度曲線跟注射速度的關系，所以這個方法其實是適用于每一套模具的注塑成型工藝的。 這一方法的最大意義也就在這 – 確定出對材料批次之間粘度差異影響最小的最佳注射速度。

對大部分塑料，因剪切造成的粘度變化是大于因溫度造成的粘度變化的，因為只要熔體溫度在建議的范圍內的話，基于不同熔體溫度繪制出來的粘度曲線是差異不大的，特別是在牛頓流體區域對應的剪切速率或者說是注射速度是差異不大的。從下圖可見某一材料在230°C跟220°C的粘度曲線在剪切速率4開始就變得都比較平穩了。

下圖就是一個粘度曲線的一個實際案例， 從這個圖里看在剪切速率是3.85的時候粘度受剪切的影響會比較小，從而對后期產品的質量的影響也會比較小。

那么實際注塑過程中，我們怎么才能繪制出這條曲線，從而確定最佳的注射時間呢？具體的方法是：

1. 首先確保機器合適，輔機合適，設定料溫，模溫等均合適，也就是說確保設備跟模具均能正常運行，并把注塑工藝設定到材料廠商推薦的正常范圍以內。

2. 把射出壓力調到最大，保壓取消掉。把射速提高的機器最大射速的95%，然后適度調整螺桿的V-P點，以能射出填充產品的95%(目視判斷產品即將填充滿，有縮水狀態)， 記錄注塑機顯示的實際射出時間，峰值壓力，并根據螺桿移動的距離除以充填時間計算出實際射出的速度。

3. 不動螺桿位置，只調整射速，依序以90%, 80%, 70%......10%的射速來射出 – 設計操作過程中可能不需要這么多組數據就已經能找到粘度的牛頓流體段，仍然記錄注塑機顯示的實際射出時間，峰值壓力以及實際的射出速度。

4. 這些數據填入表格，繪圖。

這里需要注意的是機器的設定注射速度跟實際的注射速度會有差異，所以實際的注塑速度是需要計算并記錄下來的。

另外有一個地方需要解釋，就是這個方法開發的時候，油壓機仍然大行其道，機器的控制界面上并不能顯示模具型腔內的注塑壓力，所以用的都是注塑機的油缸壓力。 油缸壓力跟注塑壓力的轉換是通過Intensification Ratio(增壓比)來實現的，大家都知道，液體是傳遞壓強的，所以所謂的增壓比實際上就是油缸直徑(A1)與螺桿直徑(A2)的比值，大部分機器的這個數值都是10左右，但也并不全是。這個數據需要同機器廠商進行確認，大多數情況下，連機器廠商的銷售都不清楚他們機器的這個數值。

        

          

另從上面的數據列表里也可以看到，這個方法計算粘度用的仍然是應力應變公式：

                                     

不過特別提一句，這種模內流變分析繪制出來的粘度曲線跟用流變儀做出來的曲線是不一樣的，大家可千萬不要把這兩個給混淆。畢竟一個是針對材料本身，一個是針對具體產品具體模具具體注塑機的。

另外大家可能會問，基本上模內流變做出來的粘度曲線的牛頓流體段實際上都是剪切比較大的時候，也就是射速很快的時候。射速很快會帶來若干問題，譬如澆口暈，銀紋等問題。其實這是這種方法的最大的一個問題點，不過還好，我們更多的是關注每模之間的產品穩定性，而并不是關注外觀的問題，況且這種外觀的問題特別是澆口暈的問題，是完全可以通過分段注塑及拉高模溫解決的，所以模內流變實驗并不是很死板的就維持一段注射速度：

而是完全可以通過分段注塑進行局部微調的 – 我們更多的硬關注產品整體模與模之間的差異，而不是局部的問題。

最后再總結一下，模內流變的主要目的呢是找出最佳的注射時間，從而客服材料批次粘度之間帶給成型工藝的波動，最大程度的保證每模之間產品質量的穩定性。模內流變配合澆口凍結實驗，最佳冷卻時間確定實驗，型腔平衡實驗等，構成了所謂的科學注塑法。 這個后面有時間的時候我們會講。