PVT分析
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
PVT分析的實例教程
而在眾多塑料射出成型過程中，必須是仰賴加工流程之調(diào)校經(jīng)驗，預(yù)先對材料特性進行認識及分析，方可減少調(diào)校時間并降低產(chǎn)品質(zhì)量缺點，并提升生產(chǎn)效益。
在射出成型工藝中，相關(guān)之塑料性質(zhì)量測分析包含流變分析、PVT分析、熱傳分析等，本文針對PVT分析部分進行詳細介紹如下。PVT儀器可量測出塑料在溫度、壓力變化下的體積變動數(shù)據(jù)，藉以獲得該材料的PVT物理性質(zhì)，再透過有效之 模流分析來優(yōu)化射出產(chǎn)品。
PVT測試單元架構(gòu)
PVT量測取得的主要數(shù)據(jù)為壓力、溫度與比容（即密度倒數(shù)），PVT曲線描述塑料在熔融狀態(tài)與固化狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程中，材料之體積（或比容值）隨溫度及壓力的外在變化，所呈現(xiàn)出三者數(shù)值之間的關(guān)聯(lián)性。在量測過程中，儀器持續(xù)收集所需的數(shù)據(jù)，并記錄原始數(shù)據(jù)給用戶進行分析與模式細數(shù)之計算，來滿足加工、生產(chǎn)或其他應(yīng)用之預(yù)測分析需求。
本公司PVT測試設(shè)備遵循ISO17744標準，系將受測材料放置于一組含加熱、冷卻功能，溫度可控的測試料筒內(nèi)，使用密封墊將受測材料包覆其中以防止泄漏。受測材料可為粒狀或粉狀，使用上、下活塞頂住密封墊，測試期間對活塞施加壓力，對待測材料進行加壓與穩(wěn)定持壓控制，并搭配高精度行程傳感器，獲得比容值的變化（詳如圖1），此操作模式的PVT測試過程與射出成型制程比較相符。
圖1：PVT測試結(jié)構(gòu)示意圖
PVT測試流程
PVT測試儀器提供四種測試流程，分別是等壓降溫、等壓升溫、等溫變壓降溫及等溫變壓升溫。一般塑料測試采用等壓降溫流程進行測試，測試過程中，施加固定壓力下，控制溫度以固定斜率從塑料熔融溫度，下降至常溫狀態(tài)。若有設(shè)定不同壓力段，則程序再次升溫至熔融溫度，以下一段壓力再進行一次降溫程序。測試程序進行過程，系統(tǒng)會陸續(xù)擷取各項數(shù)據(jù)，最終匯整出PVT數(shù)據(jù)與曲線。
展開 此模型具有較完善之能力去表征半結(jié)晶性材料及非晶性材料的PVT關(guān)系，目前已廣泛應(yīng)用于主要的CAE計算中，此模型也是Moldex3D中最推薦應(yīng)用的。
此處須應(yīng)用到13個參數(shù)，其中式子表征出半結(jié)晶性材料在熔點附近其體積突變之特性。針對非結(jié)晶性材料而言，其線性的PVT關(guān)系只須要 b7, b8 及b9 是在Moldex3D中，Tt 也被用來表征材料在其轉(zhuǎn)化溫度附近其黏度突變之特性。
在過去，熟化所導(dǎo)致的體積收縮在翹曲仿真中常會被忽略，但是最近有更多證據(jù)顯示其只考慮單純的PvT效應(yīng)對于翹曲與殘留應(yīng)力的計算是不夠的，尤其對于流長比較大的部件。只不過熱固塑料的PvT-C(熟化)關(guān)系并沒有被完整的確立，所以也沒有模型來描述熟化的影響，所以除了常數(shù)比容與修正版Tait模型2，也新增了兩個PVTC模型來納入熟化的影響。
兩域式Tait 修正模型(Two-Domain Modified Tait Model)
此熱固材料模型延伸自Tait 修正模型2，使用同一個公式來計算比容V，但是不同的是對熟化與非熟化的情形給不同的系數(shù)。由此可以分別得到熟化時與非熟化時兩個比容Vuncured和 Vcured再利用熟化率計算出實際的比容如下：
Spencer-Gilmore-C 模型 (僅適用熱固材料)
與原始的Spencer-Gilmore模型相較，多了一個參數(shù), ζ, 來計算熟化(C)影響。
Tait-C 模型 (僅適用熱固材料)
與原始的Tait 模型相較，多了一個參數(shù), ζ, 來計算熟化 (C') 影響。
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圖 4：磁帶樣品以 TMA 量測收縮應(yīng)力的分析結(jié)果
參考資料
[1].文章首圖引自 https://www.tainstruments.com/tma-450/，分別為 TA 儀器公司 熱機械分析儀 (TMA) 設(shè)備產(chǎn)品，以及 TMA 儀器量測區(qū)域細部構(gòu)造
此文章摘錄自2021年8月技術(shù)月刊
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高分子材料PVT特性分析（Polymer PVT tester）
展開 之前遇到一個未填充PE的料，分析發(fā)現(xiàn)分子配向產(chǎn)生的變形比收縮因素大很多，而且澆口的位置會對分子配向產(chǎn)生很大的影響（澆口只是微調(diào)），后來去官方詢問說是結(jié)晶的影響 - 2010r2沒有結(jié)晶分析，PVT的數(shù)據(jù)不足以捕捉到結(jié)晶的影響，不過因為材料本身有CRIMS數(shù)據(jù)，所以才會在變形結(jié)果中反映出來。希望新版本出來以后再試試。 貌似PP和PE都會對這種剪切導(dǎo)致的結(jié)晶比較敏感吧？
CRIMS測試重點是樣條的橫向和縱向收縮，所以能夠體現(xiàn)各相異性的影響（包括結(jié)晶、玻纖、分子取向）。
8.
moldflow的計算是基于有限差分等基礎(chǔ)上的，它的計算是一個在假設(shè)的初始條件和邊界條件下，利用能量守恒（各種分析不一樣）等原理，建立平衡方程而求解的。在這樣假設(shè)的條件下進行求解，如果整體求解，必然會造成很大的誤差，另外，也有可能平衡方程不夠，也就是力學(xué)中的超靜定問題。需要對整體進行離散，于是就有了網(wǎng)格的劃分，將原來的整體進行細分，每個單元都是一個個體，他們之間相互聯(lián)系。可以建立平衡方程。網(wǎng)格的劃分，平面的有四邊形，三角形。空間3D的有四面體，六面體等?？臻g的四面體毫無疑問更加與實際想符合，因為原問題本身就是一個空間物體。而Moldflow的表面模型技術(shù)是其獨創(chuàng)的基于STL數(shù)據(jù)交換標準的，將整個流體簡化成表面流動的模型。四面體模型也就是3D模型則是一般有限元都采用的網(wǎng)格劃分方式，不僅是表面流動分析，其內(nèi)層也考慮。其分析所以相對會更加準確。
解釋兩個問題：
1、3D流動前沿溫度計算問題已經(jīng)在Moldflow最新版本中得到糾正；
2、對Fusion網(wǎng)格厚度的手工修正對流動分析有效，但對冷卻和翹曲分析無效，所以不能大范圍的改動厚度
展開 過去，工程師僅使用1D 流動分析軟件來分析多相流設(shè)備中的相位平衡，而ANSYS 客戶現(xiàn)在已可使用3D 計算流體動力學(xué)進行分析和PVT 計算，針對不同流體溫度和壓力說明詳細的流體力學(xué)屬性和相關(guān)流動屬性。ANSYS 渠道合作伙伴Grupo SSC 開發(fā)了一種應(yīng)用，其能夠判斷不同儲層流體的熱力學(xué)特征。該應(yīng)用通過匹配現(xiàn)有的實驗數(shù)據(jù)（飽和壓力、密度和天然氣石油比例），預(yù)測沒有數(shù)據(jù)可用情況下的相關(guān)屬性。該應(yīng)用可連接到ANSYS CFD 軟件，提供準確說明流體屬性所需的全部PVT 信息，實現(xiàn)對相變更準確的預(yù)測，如蒸發(fā)工藝中發(fā)生的相變。
本文是ANSYS 墨西哥渠道合作伙伴Grupo SSC 的成果。
水下分離器的冷卻分析
設(shè)計能長期高效可靠運行的水下設(shè)備充滿挑戰(zhàn)。部分復(fù)雜性在于，需要掌握在生產(chǎn)中斷或暫停過程中每個裝置的多相流和冷卻情況。工程師力圖避免多余的水合物形成。巴西FMC Technologies 的工程師對三相重力分離器進行了熱和流體流動分析，以優(yōu)化設(shè)計，并在4℃ 外部溫度（海水）下確定冷卻溫度范圍在55℃ 到15℃ （水合物形成溫度）的要求。
巴西FMC Technologies 獲得ANSYS 南美渠道合作伙伴ESSS 的支持。本信息摘自2014 年CFD 石油行業(yè)大會資料。
流動保障：天然氣水合物特性描述
綜合運用組分傳遞和群體平衡建模，工程師能夠仿真給定壓力、溫度和天然氣組成條件下油氣設(shè)備和管道中的水合物形成。通過包含水合物形成動力學(xué)，工程師能夠分析說明體積和表面引發(fā)的相變流程。這一結(jié)構(gòu)能夠使用ANSYS 計算流體動力學(xué)解決方案跟蹤油氣應(yīng)用中二相流的水合物沉積、積聚和分解效應(yīng)。
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熱塑性材料通常會因為壓力及溫度改變而有明顯的體積變化，因此實務(wù)上我們必須能表征出該材料之壓力-比容-溫度關(guān)系 (PVT)，以便能計算材料在保壓階段時的可壓縮性，并能進一步預(yù)估產(chǎn)品于頂出后之收縮與翹曲情形。
比容與壓力溫度的相關(guān)性
本質(zhì)上，不同類型的熱塑性材料在其轉(zhuǎn)化溫度 (transition temperature) 時，會展現(xiàn)出不一樣的PVT行為，當(dāng)我們檢視材料之比容
在射出成型工藝中，相關(guān)之塑料性質(zhì)量測分析包含流變分析、PVT分析、熱傳分析等，本文針對PVT分析部分進行詳細介紹如下。PVT儀器可量測出塑料在溫度、壓力變化下的體積變動數(shù)據(jù)，藉以獲得該材料的PVT物理性質(zhì)，再透過有效之 模流分析來優(yōu)化射出產(chǎn)品。
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之前遇到一個未填充PE的料，分析發(fā)現(xiàn)分子配向產(chǎn)生的變形比收縮因素大很多，而且澆口的位置會對分子配向產(chǎn)生很大的影響（澆口只是微調(diào)），后來去官方詢問說是結(jié)晶的影響 - 2010r2沒有結(jié)晶分析，PVT的數(shù)據(jù)不足以捕捉到結(jié)晶的影響，不過因為材料本身有CRIMS數(shù)據(jù)，所以才會在變形結(jié)果中反映出來。希望新版本出來以后再試試。 貌似PP和PE都會對這種剪切導(dǎo)致的結(jié)晶比較敏感吧？
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