塑料熔融
關注創建者：匿名 創建時間：2021-12-16
塑料熔融的視頻教程
ABAQUS-塑料瓶注射成型模擬（CEL）
本案例基于ABAQUS模擬了熔融塑料在模具中成型的流動過程，采用顯示動力學分析步，分析時長2s。模具采用剛體約束，考察熔融塑料的流動和連續性。
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塑料熔融的實例教程
3
加溫與冷卻裝置
1)加溫是對輸送進料筒的塑料粒子進行熔融成粘流狀,冷卻是對加料座,模具和油溫的冷卻
。
2)加溫就是在料筒外壁安裝電熱圈，通過電腦操作顯示屏設定塑料加工溫度，電熱圈通電加溫，料筒上熱電偶將加熱的實際溫度傳感給電腦操作顯示屏；顯示屏顯示當時料筒的實際溫度，當溫度加到設定溫度的范圍值內再保溫15分鐘，即能開機預塑和注塑，如不在設定溫度范圍值內，注塑機的預塑和注塑動作無法開動。
塑料通過電熱圈加溫熔融后，按預塑觸膜鍵預塑，螺桿在液壓馬達的帶動下旋轉，將輸送進料筒的塑料粒子通過螺桿螺旋槽不斷把塑料推向螺桿前端，因噴嘴口被模具澆口堵住，不斷推進不停熔融的塑料在螺桿前端產生擠壓力，這種擠壓力叫預塑背壓，預塑背壓能將被預塑到螺桿前端去的塑料中的揮發物；如水汽、空氣等擠壓出來，并從料筒加料口排除。
又因螺桿旋轉產生剪切和擠壓力，熔融的塑料在料筒與螺桿間隙中流動磨擦，產生熱量，加速塑料的熔融。
再有注塑時，螺桿向前推進引起螺桿槽中的熔融塑料流動混煉和再熔融。塑料熔融熱量來源：有電熱圈、預塑時剪切發熱和注射時移動產生剪切熱量；
3)冷卻裝置各主要零件及作用：
冷卻裝置有冷卻器和熱交換器，冷卻器是冷卻模具和加料座，熱交換器是冷卻油溫的。
展開 在注塑成型加工中,機臺的射出量控制(計量)以及塑料的均勻熔融(可塑化)是由射出機的射出部分（料管螺桿組）和溫度控制部分來完成的。
①料管溫度（Barrel Temperature）
雖然塑料的熔融，大約有60~85％是因為螺桿的旋轉所產生的熱能，但是塑料 的熔融狀態仍然大受加熱筒溫度的影響，尤以靠近噴嘴前區的溫度--前區的溫度過高時易 發生滴料及取出制件時牽絲的現象。以下表格為幾種塑料的適當料溫、模溫及成型收縮率等。
②螺桿轉速(screw speed)
A.塑料的熔融，大體是因螺桿的旋轉所產生的熱量，因此螺桿轉速太快，則 有下列影響：
a.塑料的熱分解。
b.玻纖（加纖塑料）減短。
c.螺桿或加熱筒磨損加快。
B.轉速的設定，可以其圓周速（circumferen-tial screw speed）的大小來衡量：
圓周速=n（轉速）*d（直徑）*π（圓周率）
通常，低粘度熱安定性良好的塑料，其螺桿桿旋轉的圓周速約可設定到 1m/s上下，但熱安定性差的塑料，則應低到0.1左右。
C.在實際應用當中，我們可以盡量調低螺桿轉速，使旋轉進料在開模前完成即可。
③背壓（BACK PRESSURE）
A.當螺桿旋轉進料時，推進到螺桿前端的熔膠所蓄積的壓力稱為背壓，在射 出成型時，可以由調整射出油壓缸的退油壓力來調節，背壓可以有以下的效果：
a.熔膠更均勻的熔解。
b.色劑及填充物更加均勻的分散。
c.使氣體由落料口退出。
展開 以下將著重說明引起螺桿磨損的原因及減低磨損的方法：
每種塑料，都有一個理想塑化的加工溫度范圍，應該控制料筒加工溫度，使之接近這個溫度范圍。粒狀塑料從料斗進入料筒，首先會到達加料段，在加料段必然會出現干性磨擦，當這些塑料受熱不足，熔融不均時，很易造成料筒內壁及螺桿表面磨損增大。
同樣，在壓縮段和均化段，如果塑料的熔融狀態紊亂不均，也會造成磨損增大。
轉速應調校得當。由于部分塑料加有強化劑，如玻璃纖維、礦物質或其他填充料。這些物質對金屬材質的磨擦力往往比熔融塑料的大得多。在注塑這些塑料時，如果用高的轉速成，則在提高對塑料的剪切力的同時，亦將令強化相應地產生更多被撕碎的纖維，被撕碎的纖維含有鋒利末端，令磨損力大為增加。
無機礦物質在金屬表面高速滑行時，其刮削作用也不小。所以轉速不宜調得太高。
要檢除塑料中的雜物。一般而言，原裝購入的新鮮塑料并沒有什么雜物，但經過運輸，稱重、干燥、混色、尤其是添加再生回頭料，就有可能混有雜物。
小如金屬屑末，大如發熱圈螺母回形針，甚至成串的倉庫鑰匙，混入進入料筒都曾有發生過，這對螺桿的損壞是不言而喻的了(料筒當然也會同時損壞)，因此必須安裝磁鐵架，嚴格投料的管理和監控。
塑料中所含水分，對螺桿表面的磨損有一定影響。若塑料在注塑前未有將水分全部排除，殘留的水分進入螺桿壓縮段時，便形成前熔混在熔融塑料中的帶高溫壓的“蒸汽粒子”，隨著注射料過程螺桿的推進，從均化段直至螺桿頭部，這些“蒸汽粒子”，在射料進程中卸壓膨脹，有如一顆顆微細的雜質硬粒，對壁面產生磨擦破壞作用。
此外，對某些種類的塑料，在高溫高壓下，水分可能會變成促使塑料裂解的催化劑，產生能侵蝕金屬表面的有害雜質。
展開 計量及可塑化
⑴在成型加工法,射出量的控制(計量)以及塑料的均勻熔融(可塑化)是由射出機的可塑化機構(Plasticizing unit)來擔任的。
①加熱筒溫度（Barrel Temperature）
雖然塑料的熔融，大約有60--85%是因為螺桿的旋轉所產生的熱能，但是塑料的熔融狀態仍然受加熱筒溫度的影響，尤以靠近噴嘴前區的溫度--前區的溫度過高時易發生滴料及取出制件時牽絲的現象。
②螺桿轉速(screw speed)
A.塑料的熔融，大體是因螺桿的旋轉所產生的熱量，因此螺桿轉速太快，則有下列影響：
a.塑料的熱分解。
b.玻纖（加纖塑料）減短。
c.螺桿或加熱筒磨損加快。
B.轉速的設定，可以其圓周速的大小來衡量：
圓周速=n（轉速）*d（直徑）*π（圓周率）
通常，低粘度熱安定性良好的塑料，其螺桿桿旋轉的圓周速約可設定到 1m/s上下，但熱安定性差的塑料，則應低到0.1左右。
C.在實際應用當中，我們可以盡量調低螺桿轉速，使旋轉進料在開模前完成即可。
③背壓（BACK PRESSURE）
A.當螺桿旋轉進料時，推進到螺桿前端的熔膠所蓄積的壓力稱為背壓，在射出成型時，可以由調整射出油壓缸的退油壓力來調節，背壓可以有以下的效果：
a.熔膠更均勻的熔解。
b.色劑及填充物更加均勻的分散。
c.使氣體由落料口退出。
d.進料的的計量準確。
B.背壓的高低，是依塑料的粘度及其熱安定性來決定，太高的背壓使進料時間延長，也因旋轉剪切力的提高，容易使塑料產生過熱。
展開 計量及可塑化
⑴在成型加工法,射出量的控制(計量)以及塑料的均勻熔融(可塑化)是由射出機的可塑化機構(Plasticizing unit)來擔任的。
①加熱筒溫度（Barrel Temperature）
雖然塑料的熔融，大約有60--85%是因為螺桿的旋轉所產生的熱能，但是塑料的熔融狀態仍然受加熱筒溫度的影響，尤以靠近噴嘴前區的溫度--前區的溫度過高時易發生滴料及取出制件時牽絲的現象。
②螺桿轉速(screw speed)
A.塑料的熔融，大體是因螺桿的旋轉所產生的熱量，因此螺桿轉速太快，則有下列影響：
a.塑料的熱分解。
b.玻纖（加纖塑料）減短。
c.螺桿或加熱筒磨損加快。
B.轉速的設定，可以其圓周速的大小來衡量：
圓周速=n（轉速）*d（直徑）*π（圓周率）
通常，低粘度熱安定性良好的塑料，其螺桿桿旋轉的圓周速約可設定到 1m/s上下，但熱安定性差的塑料，則應低到0.1左右。
C.在實際應用當中，我們可以盡量調低螺桿轉速，使旋轉進料在開模前完成即可。
③背壓（BACK PRESSURE）
A.當螺桿旋轉進料時，推進到螺桿前端的熔膠所蓄積的壓力稱為背壓，在射出成型時，可以由調整射出油壓缸的退油壓力來調節，背壓可以有以下的效果：
a.熔膠更均勻的熔解。
b.色劑及填充物更加均勻的分散。
c.使氣體由落料口退出。
d.進料的的計量準確。
B.背壓的高低，是依塑料的粘度及其熱安定性來決定，太高的背壓使進料時間延長，也因旋轉剪切力的提高，容易使塑料產生過熱。一般以5--15kg/cm2為宜。
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通過 DSC 測定塑料的熔點和熔融焓變值來判斷和分析塑料的種類和含量，并用三種配方與已知的商業化木塑復合材料作對比。研究發現，幾種來源的 HDPE 和 PP 的起始熔融溫度和峰值溫度雖然有所差異，但是與平均值差異性較小，可以據此判斷出塑料的種類；通過熔融焓變值的測量和計算可以推斷出木塑復合材料中的塑料含量。
我們都知道，工程塑料在FDM（熔融沉積成型）打印中，通常會采用分層堆疊的打印方式，那每一層之間必然會存在一定的銜接痕跡。
正因如此，在XY軸方向上遇到弧面或小角度平面時，其層紋會變得異常明顯。從 JLC3D 小編實際打印的圓弧形模型（PLA材料）中可以清晰地看到，模型表面呈現出明顯的階梯狀紋理，層紋之間的跨度較大，看起來反而不精細了。
射出速度過慢
當射出速度過慢時，意味著熔融塑料進入模具的速度降低，這可能導致熔體在充填型腔的過程中冷卻得較快，從而在塑件的厚壁區域或加強筋表面的交界處形成縮孔或真空泡。
保壓壓力及時間不足
注射后的保壓階段對于確保塑料充滿模腔并補償塑料冷卻收縮非常重要。如果保壓壓力不足或保壓時間過短，也可能導致真空泡的形成。
模具設計
模具的設計是決定熔融塑料如何流入模腔并形成產品的關鍵因素。
? 優化流道設計，比如流道太細、轉彎處設計不合理等，都可能導致塑料在模腔內流動不均勻。澆口尺寸過小，造成的噴射現象也可能是熔體流動不均勻和流動前沿熔融弱的原因。
? 優化澆口位置與數量，盡量保證熔接線在充填階段形成，在保壓形成的熔接線通常都是不良的。
為了使模具保持閉合，鎖模力必須對抗由熔融塑料注入模具中所引起的分離力。
-周期時間：
這是指完成所有射出成型循環階段總花費的時間。
-總變形量：
這是指相對于模型坐標的位移向量，且考慮了笛卡爾坐標上 x、y 和 z 方向上的所有組件。
-X 軸變形量：
這指的是X方向的位置變化。
-Y 軸變形量：
這指的是Y方向的位置變化。
壓力差是推動熔融的熱塑性塑料的主要動力。一般情況下，填充過程傾向于以最小的阻力流向空腔區域。在空腔區域熔融塑料以較快速度前進表示該區域對流動的阻力較小；同樣地，若流動波前緩慢的前進，則等值線將比較密集，代表該區域有較大的阻力。
射出成型中擠壓/保壓 (Packing/holding) 的過程
基本上，當熔融的塑料在模穴內固化的同時，施加擠壓壓力。塑料的密度補償了塑料從熔融狀態到固態的體積收縮行為 (Volumetric contraction behavior)。保壓壓力可以設定為等于原始射出填充壓力 (一次性射出壓力)，或使用更大的壓力，通常最大可以高達射出壓力的 2 倍。
射出功等于熔融塑料體積流率相對于阻力的位移，與黏度計類似，功是在射出階段作為射出壓力在螺桿行程上的積分來測量的。對于隨著時間的變化進行積分，其結果是以射出能量來代替所做的功。為了描述熔體的成型特性，本研究提出一標準化特征：黏度因子(Viscosity Index)（圖2）。因此，引入了黏度因子的計算用以觀察溶入不同氣體含量的熔體充填壓力以及其黏度因子的變化趨勢。
壓力差是推動熔融的熱塑性塑料的主要動力。一般情況下，填充過程傾向于以最小的阻力流向空腔區域。在空腔區域熔融塑料以較快速度前進表示該區域對流動的阻力較小；同樣地，若流動波前緩慢的前進，則等值線將比較密集，代表該區域有較大的阻力。前述情況可見于下圖：
充填過程中的流動行為
充填程序之示意圖
模擬是了解這些行為最適當的方式。
模具試模驗證可以分為三個階段
第一階段：模具首次出料，T0 試模 ”First Out ofTool(FOT)”，這是第一次將熔融塑料注入模具中進行注塑成型加工生產成品。在此第一次加工成型時將測試模具在注塑加工周期動作下確認是否可以完美完成模具關閉，是否模具能提供足夠的冷卻效果與產品順利頂出離模，成型產品外觀是否合于要求，部品是否有毛邊、氣體包封、氣孔或變形等不良現象。
