熔體流動
關注創建者：ACMT協會 創建時間：2023-07-19
熔體流動的實例教程
而這種熔噴布的原料就是高熔體流動速率的熔噴聚丙烯（PP），采用熔噴工藝制造出布料。熔噴聚丙烯熔體流動速率越高，熔噴出的纖維就越細，制成的熔噴布過濾性也越好。因此準確地測定熔噴聚丙烯的熔體流動速率對判定熔噴聚丙烯的產品質量和實際用途具有十分重要的意義。
熔體流動速率
Q1
熔體流動速率的定義
熔體質量流動速率MFR（Melt Mass-Flow Rate）和熔體體積流動速率MVR（Melt Volume-Flow Rate）
在規定的溫度、負荷以及活塞位置條件下，熔融的樹脂通過規定長度和內徑的口模時的擠出速率。以規定時間擠出的質量作為熔體質量流動速率MFR，通常以每10分鐘擠出的熔體質量來表示，單位為g/10min；以規定時間擠出的體積作為熔體體積流動速率MVR，通常以每10分鐘擠出的熔體質量來表示，單位為cm3/10min。
相同條件的熔體在一定剪切速率下，MFR與MVR可以換算，即MVR乘以熔體密度等于MFR。
展開 但仍有許多因素，即使是對稱式的流道設計仍無法順利解決熔體流動平衡的問題，舉例如下：
■高速充填在流道產生剪切熱，導致流動不對稱( 如圖2、３所示)
圖2、3: 剪切升熱造成流動不平衡
■水路設計導致模具的冷卻不均( 如圖4 所示)
圖4: 水路設計導致模具的冷卻不均
■模具變形造成模腔厚度偏差
■非均質性熔膠( 熔化不均、溫度不均) 造成流動不對稱
■排氣阻塞造成流動阻力不對稱
■冷料團的堵塞造成流動阻力不對稱
■熱澆道的溫度控制不穩定或不佳
為解決上述問題，本專案架構多模腔熔體流動平衡智慧控制模組，各模腔內部相同對應位置埋設模腔訊號傳感器( 如首圖左所示)，當熔體流動波前觸碰到模腔傳感器時，傳感器發出一觸發訊號，智慧控制模組以偵測各腔熔體流動波前抵達模腔傳感器的觸發訊號時間差Δt，作為辨別熔體在各腔流動的平衡狀態，當時間差Δt 過大表示各腔熔體流動波前不平衡( 或快或慢)。
注塑成型過程中監視各模腔熔體流動平衡狀態，當環境、模具、塑料變異與機臺磨耗老化影響各腔流動不均齊時，多模腔熔體流動平衡智慧控制模組將模腔傳感器訊號傳送至注塑機控制器( 如首圖右所示)，注塑機控制器透過傳感器回饋時間差Δt 訊號，計算與執行熱澆道溫度補償數值與機械手臂不良品自動檢出作業，達到各腔流動平衡狀態與少人化的目的，以節省生產SQC(Statistical Quality Control) 過程中人工檢驗與材料浪費的成本。
展開 在采用高黏性、流動性差的材料和厚壁的制品生產時易出現這種現象，如在使用PP、PS、PC、PET、PMMA等材料做成的產品上尤為常見。不同產品上出現的這些一層層連續的痕跡看上去都類似，但實際上形成的原因可能大不相同。波浪紋形成是一個復雜的過程，涉及到熔體流動的不穩定性、材料特性以及模具設計等多個因素。
常見波浪紋的形成原因
模具溫度
模具溫度過低，接觸模具表面的熔體凝結速率太快，可能導致塑料前沿熔體在填充過程中過早冷卻，無法完全接觸模面而形成波浪狀的紋路。因為處于凍結狀態，保壓也無法使其平整，在整個料流方向上甚至到流道末端可以看出很深的紋路。
工藝參數設置
不當的工藝參數如注射速度、壓力、時間等，可能導致熔體充模時出現不穩定流動，進而產生波浪紋。例如在過低射出速度條件下，易發生冷料遲滯，流動阻力大。因材料的高黏度，冷料被后續注入的熔膠推移滲入，形成一圈圈的痕跡。
設備故障
如噴嘴溢料、料筒或模具調溫機故障等，存在冷料或溫度不均勻的料流進入，都可能引起制件表面出現波浪紋。
材料特性
材料的剛性是震紋的主要原因，剛性較強的塑料在充模時容易以滯流形式流動，這會導致熔體前端一旦接觸到型腔表面就會迅速冷凝收縮，而后續的熔料又會推動已收縮的冷料繼續前進，形成密集的波紋狀震紋。而如果使用的塑料材料中彈性材料多，剛性差，則在流動過程中可能會因為間歇性的彈性膨脹而形成波浪紋。聚烯烴類材料，如聚丙烯(PP)，由于其結晶特性，在射出過程中容易形成波浪紋。PP在冷卻過程中結晶速度較快，如果熔體流動不穩定，就會導致制品表面結晶度不一致，從而形成波浪紋。
模具設計
當模具型芯的棱角設計不合理、制品厚度不均勻、澆口設計不當時，會造成熔體流動阻力不一致，導致熔體流動不穩定，形成波浪紋。
展開 在塑膠發泡射出成型過程中，由于氣體含量、熔體壓力和發泡特性之差異，亦會影響其熔體流動性與產品質量。
圖2：熔體充填壓力和熔體黏度因子的測量方法。(a)熔體流動壓力峰值的定義；(b)熔體黏度因子的計算
研究結果與討論
本文章之研究整合射出機與發泡機制，以氮氣作為發泡用的氣體供應源并設置一熔膠壓力感測元件于射嘴上，經由不同的氣體含量來探討其溶入氣體的熔膠，經塑化至射出期間的壓力變化，以及導入一黏度因子的公式及計算，來比較與觀察熔體的流動行為。圖3為氣體含量變化下的熔膠流動壓力峰值與其計算所得之黏度因子；由圖中可以發現，隨著氣體含量的增加，對于材料的流動性與黏度性質等皆有正向效益（溶入一定比例之氣體可降低材料的黏度性質，相對影響原材料的流動性，當流動性越佳、阻力越小，所得之熔體充填壓力相對較低）。因此，熔體之流動阻力降低，以及藉由熔體壓力所計算出的黏度因子相對下降。
圖3：不同氣體含量（氮氣）對熔體充填壓力以及熔體黏度因子的影響
圖4說明氣體含量較低時，氣泡較集中在核心層區域，有較明顯的凝固層(Frozen/skin layer)；當氣體含量較高時，氣泡有朝向表皮層分布，也就是皮層厚度相對減小。從實驗參數設定與實驗結果可看出在塑化階段的熔膠與氣體的混合機制下，在較高的溫度與壓力環境下氣體溶解度將隨之增加，若氣體在透氣鋼輸出過程能提供細化特性，則可增加氣體的比表面積，提升溶解度與混煉性，同時改善熔體之流動性。
圖4：塑膠發泡射出成型流長試片之不同量測位置掃描電子顯微鏡圖像（不同氣體含量之發泡特性比較）
圖5為螺桿轉速對于熔膠黏度因子、發泡密度與抗彎強度之影響趨勢圖。
展開 熔體注入型腔后先在模具腔壁上形成一層薄的表殼，當這層表殼在充模過程中受到后續熔料的擠壓時，就會導致熔體破裂。
一旦很薄的表殼被撕破或發生移動，塑件表面即產生搓痕或皺紋。例如，在熔體指數較小的低密度聚乙烯塑件上，其表面徑常可以看到明暗交替的條形區域，其產生的部位一般離澆口有一定距離，并遍布整個表面，尤其是薄壁塑件最容易產生這類故障，這主要是由于熔料在充填小熔腔尚未結束前受到較大的壓力，導致熔體破裂，形成表面缺陷。
通常，減慢熔料在充模過程中的冷卻速度和表殼層的形成速率是消除這類故障的最好辦法，可以通過適當提高模具溫度或提高熔體破裂部位的局部溫度來排除這一故障。對于模腔表面的局部加熱，可利用安裝在澆口附近及熔體破裂部位的小型管式電加熱器來實現。
熔體在模腔內產生不規則脈沖流動
熔料的流動特性與其流變性能有關，還與決定熔料在模具入口處剪切速率的澆口截面積有關。當澆口尺寸很小而注射速率很高時，熔料是以細而彎曲的射流態注入型腔的，若熔料的冷卻速度很快，就會與后續充模的不規則流料熔合不良，導致澆口附近產生表面混濁及斑紋。
有時，少量冷料會沿著模腔表面移動，使表面混濁及斑紋產生在離澆口較遠的部位。
通常，結晶型聚合物注射時產生的表面混濁及斑紋較難排除，因為這類樹脂的熔融溫度相當高，與非結晶型聚合物相比，結晶型聚合物的固化速度快，加工溫度區域窄，而且在壁厚急劇變化和熔料突然改變流動方向處產生的不規則流動熔料與其余熔料在型腔中熔合的時間也比較短，很容易產生表面混濁及斑紋。
對于排除這類故障，在工藝操作方面，應適當提高模具，料筒及噴嘴溫度，降低注射時螺桿的前進速度。
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標準密度測試、熔體流動速率測試、DSC熔融行為測試及HT-GPC分子量測試數據見表1。
熔體粘度是塑料熔體抵抗流動的內在阻力的量度，定義為剪切應力與剪切速率之比。它本質上反映了分子鏈之間、鏈段之間以及分子鏈與填充物之間的相互摩擦作用力。粘度高的熔體流動困難，需要更高的加工壓力；而粘度低的熔體則容易流動，填充模具更為容易。
熔體粘度是塑料熔體抵抗流動的內在阻力的量度，定義為剪切應力與剪切速率之比。它本質上反映了分子鏈之間、鏈段之間以及分子鏈與填充物之間的相互摩擦作用力。粘度高的熔體流動困難，需要更高的加工壓力；而粘度低的熔體則容易流動，填充模具更為容易。
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流動性能
熔體流動速率（MFR）或熔體體積速率（MVR），是衡量塑料材料在特定溫度、負荷下熔體流動性的核心指標。它直觀反映了材料在熔融狀態下的粘度高低，是注塑工藝設定的首要依據。
國高材分析測試中心熔指儀
高MFR值的材料（如某些薄壁制品專用的PP、PE），意味著熔體粘度低，流動性好。
在注塑加工過程中，增強纖維在熔體流動方向上的分布難以實現完全均勻，導致最終成型的零部件內部不同區域的材料屬性（如剛度、強度）存在空間上的差異性。</span></p><p>因此，為了準確預測此類纖維增強復合材料零部件（如油底殼）在復雜載荷下的性能，尤其是涉及高應變率場景（如碰撞、跌落測試）的性能評估，亟需開發并應用能夠模擬其各向異性應力-應變行為的材料模型。
HPDC工藝優化與成本降低11個月前
? 在高速填充階段，流道中會出現可見的熔體飛濺，導致流動紊亂。
? 在第二階段，進內澆口之間會形成較大的尾流區，難以排出空氣。
最終優化方案顯示更快、更可控的填充過程。
? 優化后的流道系統實現了熔體前沿的無縫推進，有效地將空氣引導至排氣系統中排出。
? 此項改進最大程度減少卷入，顯著降低了氣孔形成的風險。
四
PVT 曲線在模流分析中的重要作用
模流分析通過對模具內塑料熔體的流動、傳熱、保壓等過程進行模擬仿真，可以在模具制造之前預測制品可能出現的缺陷，如熔接痕、氣穴、翹曲變形等，從而提前優化模具設計和成型工藝參數，實現 “零量產” 的目標。而聚合物 PVT 曲線作為 CAE 模流仿真分析的重要輸入參數之一，其準確性直接影響著仿真結果的可靠性。
總結
縫合線的形成與塑料熔體的流動行為密切相關，而改善措施需要針對具體的成型條件和產品設計來制定。要徹底解決不良縫合線的問題，需要從以上各個方面進行全面分析和改進，優化模具設計，調整成型工藝參數，保證原材料質量，維護設備性能穩定性，并確保操作人員遵循正確的操作規程。通過這些綜合措施，可以減少甚至消除塑件的不良縫合線。
PP在冷卻過程中結晶速度較快，如果熔體流動不穩定，就會導致制品表面結晶度不一致，從而形成波浪紋。
模具設計
當模具型芯的棱角設計不合理、制品厚度不均勻、澆口設計不當時，會造成熔體流動阻力不一致，導致熔體流動不穩定，形成波浪紋。
模具材料選擇
模具材料選擇也會影響波浪紋的產生。
(a)熔體流動壓力峰值的定義；(b)熔體黏度因子的計算
研究結果與討論
本文章之研究整合射出機與發泡機制，以氮氣作為發泡用的氣體供應源并設置一熔膠壓力感測元件于射嘴上，經由不同的氣體含量來探討其溶入氣體的熔膠，經塑化至射出期間的壓力變化，以及導入一黏度因子的公式及計算，來比較與觀察熔體的流動行為。
