当前位置： 塑机 >> 塑机优势 >> 科学注塑优化六步法之一填充优化
开发注塑工艺在很多人看来都非常简单，设置锁模力、设置模温机、设置炮筒温度、设置速度、设置保压时间、设置保压压力、设置背压，，，，，一步一步来就行了。现实的情况是同一套模具、同一台注塑机，不同的人开发出的工艺千差万别，差异在哪里？主要的差异来自参数设定的科学性和合理性。今天，科学君将会带领大家一起来探讨科学工艺优化的六步法。
一：填充优化
之前我们在塑料流变学文章中已经讨论过，所有的塑料都是非牛顿流体。这意味着在给定的剪切速率范围内，它们的粘度不会保持不变。严格意义上，塑性的流变行为是非牛顿行为和牛顿行为的结合。在注射成型过程中很少遇到在极低剪切速率下，塑料是牛顿流体的；但随着剪切速率的增加，塑料往往表现出非牛顿流体的特性。
随着剪切速率的进一步增加，在粘度开始急剧下降后，塑料的特性反而变得越来越像牛顿流体。
在图1中，塑料粘度是以对数的形式表示，在图2中，塑料粘度是以原始数值线性地表示在刻度上。这两个图都是针对PBT的，并且都是根据相同的数据绘制的，唯一的区别在于数据的比例。从线性比例图2可以看出，与较高的剪切速率相比，较低的剪切速率下粘度的变化要大得多。这是因为随着剪切速率的增加，聚合物分子开始相互分离，并开始沿着流动方向排列。这样的流动方式降低了塑料的流动阻力（粘度）。
图1PBT材料剪切率和粘度的关系（对数图2PBT材料剪切率和粘度的关系（线性在较高的剪切速率下，塑料倾向于获得更多的牛顿流体特性。尽管粘度仍在持续下降，但变化不如在较低剪切速率时那么显著。图3说明了这种现象。一般来说，曲线的直线部分斜率取决于塑料的性质和性质。结晶材料会比非结晶材料具有更平坦的区域，因为结晶材料的粘度较低，更便于分子定向。
图3不同剪切率下塑料分子的取向在注射成型过程中，材料在注射阶段受到高剪切力。剪切速率与填充速度成正比。如果剪切速率较低，并且填充速度设定在粘度曲线的初始非牛顿区域，则剪切速率的微小变化将导致塑料粘度的大波动。长期来看，这样的波动会导致填充速率的不一致，因此将导致注塑产品品质的变化。
如果将填充速度设置为更高的值，则塑料粘度将会趋于一致。在高填充速度下，塑料受到的剪切速率较高，剪切速率对粘度的影响不如在低填充速度下那么明显。注射速度的微小变化导致熔体粘度的变化很小甚至几乎没有变化。图4为注塑机上生成的数据，很好地说明了这一现象。速度的变化对曲线中牛顿区域的塑料粘度产生的影响几乎没有，因此，找到曲线中的牛顿区域（也称为非敏感区）设定相应的注入速度，对注塑的一致性显得非常重要。
图4填充速度对变化对塑料粘度的影响（牛顿区与非牛顿区）
给定一套模具和材料，我们通过流变学实验可以在成型机上生成粘度曲线。实验表明，与低速填充时相比，高速填充时的模腔压力的变化更小。在研究中，研究人员采用了两种高粘度和低粘度的聚丙烯，并对其进行对比研究。结果如图5所示。Fast，Medium和Slow表示三种不同的填充速度，通过结果可以明显看出Fast的模内压力分布更为一致，而Slow的分布更为不一致。
图5不同填充速度下模内压力分布图
通过图5可以看出，使用高填充速度的另一个显著优点是能够减少材料批次之间的变化对注塑产品品质带来的影响。
图6是针对某顶级材料商提供给注塑厂的特定等级PC料的不同批次进行的粘度实验结果。不同批次的相同材料在相同的注射速度下具有不同的粘度。但是，在较低的填充速度下，粘度的差异较大。
图6不同批次PC料之间的粘度差异
由此可见，就算是不同材料之间的粘度存在差异，找到塑料对填充速度的非敏感区都是非常重要的，如下是典型的粘度曲线实验流程。
将熔化温度设置为制造商推荐的温度范围中间值。将所有保压压力和时间设置为零。设置螺杆停留时间，使其与浇口冻结的时间近似。这一步需要基于过往的经验。例如，如果类似零件和材料的浇口冻结时间为5秒，则将螺杆停留时间设置为8秒左右。在保证安全和不产生飞边的情况下将填充压力设置为可能的最大值。将冷却时间设置为安全值，使零件冷却，并在开模前达到顶出温度。设置合适的螺杆切换点，使在低速情况下零件仅填充到50%左右。逐渐增加填充速度，以接近最大设定，并确保最大速度下的零件仍然是短射的。保证在最大可能的填充速度下，目视填充比例为95–98%。记录每一次填充的填充时间和峰值压力。按照一定比例降低填充速度，重复以上工作，直到达到尽可能低的填充速度。将可用注射速度的范围划分为大约10–12个速度，以便获得尽可能多的数据点。将数据输入DoE软件或者Excel表格，生产曲线。最后生成的结果应该和图4中的曲线相似，这样，就可以通过实验结果来优化填充速度了。
注意：并不是所有场合都能用粘度曲线，具体请参考另一篇文章《七种无需做粘度曲线的情况探讨》
如需了解关于粘度曲线的技术细节和做法，请在文章下方留言联系科学君。
