CN105128300A - 一种利用注塑机估算树脂材料非牛顿指数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了此利用注塑机估算树脂材料非牛顿指数的方法通过在注塑机内设置压力传感器测量注塑机内整体的总压力降数据，并根据注塑机和转接器上各处尺寸计算其个位置的理论压力降，随后通过线性拟合来得出材料的非牛顿指数，此方法操作方便，步骤流程简单，且通过线性拟合得到的结果准确度高，此发明用于注塑成型领域。

Description

一种利用注塑机估算树脂材料非牛顿指数的方法

技术领域

本发明涉及注塑成型领域，特别是涉及一种利用注塑机估算树脂材料非牛顿指数的方法。

背景技术

注塑过程中，了解熔融树脂在注塑机内及模具内的流动特性对判断树脂加工性能好坏以及射出产品质量方面十分关键。这里的流动特性是指粘度以及材料的非牛顿指数。树脂的流动特性决定了其在注塑机和模具中受到一定作用力时的流动情况，对参数设定和质量控制等方面都具有指导意义，但是在材料供应商的手册中却不提供此数据。通常使用的测定材料特性的方式是通过实验研究专用的毛细管流变仪或旋转流变仪等设备实现的。这些设备具有成本高，需要专业知识且操作复杂的特点。

为了解决这些问题，有学者提出了一种使用注塑机来测定材料流动特性的方法。这种方法通过在注塑机喷嘴处加装特殊设计的毛细管来实现，在毛细管上装配有压力、温度传感器以及加热装置。这种方法基于实验室用毛细管流变仪的测量机理来测注塑机中材料的流变特性。这种设计的缺点是，毛细管的结构和装配较为复杂，成本偏高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种准确简便且易于操作的利用注塑机估算树脂材料非牛顿指数的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种利用注塑机估算树脂材料非牛顿指数的方法，包括以下步骤：

1)、记录注塑机的参数，包括料筒内径r以及压力传感器到喷嘴前端范围内结构参数，包括各圆形管流道半径R及长度l、圆锥管流道两端的半径R1和R2及圆锥管流道的收敛角α；

2)、将注塑机经过一段时间的加热，使得注塑机上的喷嘴及转接器处的温度达到恒定且分布均匀，开始进行空射实验，在空射实验过程中仍然保持注塑机温度的恒定及均匀分布；

3)、操纵所述注塑机的射台移动到远离模具一端；

4)、操纵所述注塑机的控制器进行空射实验，同时读取并记录空射过程中的温度、压力、单位时间内螺杆前进的距离数据；

5)、由单位时间内螺杆前进的距离及注塑机的料筒内径r计算出材料的体积流率q，其中

$q=\frac{ds}{dt}{\mathrm{\πr}}^2;$

6)、根据压力传感器的读数，材料的体积流率q，已知的熔体在剪切速率为1s^-1时熔体的粘度η₀,注塑机中喷嘴及转接器内部结构参数得出材料特性参数，其中：

注塑机内圆形管流道的压力

注塑机内圆锥管流道的压力

${\mathrm{\ΔP}}_2=\frac{2{\mathrm{\η}}_0}{3n\tan \mathrm{\α}}{\left(\frac{3n+1}{\mathrm{\π}n}\right)}^n\[\frac{1}{R_1^{3n}}-\frac{1}{R_2^{3n}}\]q^n+\frac{8{\mathrm{\η}}_0}{3\mathrm{\π}\tan \mathrm{\α}}{\left(\frac{4}{{\mathrm{\πR}}_1^3}\right)}^{n-1}\left(\frac{1}{R_1^3}-\frac{1}{R_2^3}\right)q^n;$

7)、根据各机械参数，结合压力传感器的读数得出实际总压力降以及使用步骤6)中的计算方法求得的体积流率q值，通过线性拟合的方法得出材料的非牛顿指数n。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述料筒与喷嘴间设有转接器，所述转接器包括后端与料筒内部相通的转接器圆锥管流道及前端连接喷嘴的接口。

进一步作为本发明技术方案的改进，注塑机的喷嘴前端和喷嘴后端分别为前端圆形管流道和后端圆形管流道。

进一步作为本发明技术方案的改进，注塑机上喷嘴中部设有连接前端圆形管流道和后端圆形管流道的喷嘴部圆锥管流道。

进一步作为本发明技术方案的改进，压力传感器位于转接器后端的圆锥管流道内。

进一步作为本发明技术方案的改进，转接器和料筒的外部设有加热圈。

进一步作为本发明技术方案的改进，在分别设定转接器圆锥管流道、喷嘴部圆锥管流道和前端圆形管流道、后端圆形管流道各处的压力数值为P₁、P₂、P₃、P₄，则可得出注塑机内的理论总压力降为

设定

$\begin{array}{c}A=\frac{2l_1}{R_1}{\mathrm{\η}}_0{\[\frac{3n+1}{{\mathrm{n\πR}}_1^3}\]}^n+\frac{2{\mathrm{\η}}_0}{3{\mathrm{ntan\α}}_1}{\left(\frac{3n+1}{\mathrm{\π}n}\right)}^n\[\frac{1}{R_1^{3n}}-\frac{1}{R_2^{3n}}\]+\frac{8{\mathrm{\η}}_0}{3{\mathrm{\πtan\α}}_1}{\left(\frac{4}{{\mathrm{\πR}}_1^3}\right)}^{n-1}\left(\frac{1}{R_1^3}-\frac{1}{R_2^3}\right)\\ +\frac{2l_2}{R_2}{\mathrm{\η}}_0{\[\frac{3n+1}{{\mathrm{n\πR}}_2^3}\]}^n+\frac{2{\mathrm{\η}}_0}{3{\mathrm{ntan\α}}_2}{\left(\frac{3n+1}{\mathrm{\π}n}\right)}^n\[\frac{1}{R_2^{3n}}-\frac{1}{R_3^{3n}}\]+\frac{8{\mathrm{\η}}_0}{3{\mathrm{\πtan\α}}_2}{\left(\frac{4}{{\mathrm{\πR}}_2^3}\right)}^{n-1}\left(\frac{1}{R_2^3}-\frac{1}{R_3^3}\right)\end{array},$

则可整理的出

lnΔP_total＝lnA+nlnq

由压力传感器测得的不同流率η₀下对应的总压力降数值ΔP_total，

可以通过线性拟合的方法求出材料的非牛顿指数n。

本发明的有益效果：此利用注塑机估算树脂材料非牛顿指数的方法通过在注塑机内设置压力传感器测量注塑机内整体的总压力降数据，并根据注塑机和转接器上各处尺寸计算其个位置的理论压力降，随后通过线性拟合来得出材料的非牛顿指数，此方法操作方便，步骤流程简单，且通过线性拟合得到的结果准确度高。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例中注塑机内流道结构示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明为一种利用注塑机估算树脂材料非牛顿指数的方法，包括以下步骤：

1)、记录注塑机的参数，包括料筒1的内径r以及压力传感器4到喷嘴3前端范围内结构参数，包括各圆形管流道半径R及长度l、圆锥管流道两端的半径R1和R2及圆锥管流道的收敛角α；

2)、将注塑机经过一段时间的加热，使得注塑机上的喷嘴3及转接器2处的温度达到恒定且分布均匀，开始进行空射实验，在空射实验过程中仍然保持注塑机温度的恒定及均匀分布；

3)、操纵所述注塑机的射台移动到远离模具一端；

4)、操纵所述注塑机的控制器进行空射实验，同时读取并记录空射过程中的温度、压力、单位时间内螺杆前进的距离数据；

5)、由单位时间内螺杆前进的距离及注塑机的料筒内径r计算出材料的体积流率q，其中

$q=\frac{ds}{dt}{\mathrm{\πr}}^2;$

6)、根据压力传感器4的读数，材料的体积流率q，已知的熔体在剪切速率为1s^-1时熔体的粘度η₀,注塑机中喷嘴3及转接器2内部结构参数得出材料特性参数，其中：

注塑机内圆形管流道的压力

注塑机内圆锥管流道的压力

${\mathrm{\ΔP}}_2=\frac{2{\mathrm{\η}}_0}{3n\tan \mathrm{\α}}{\left(\frac{3n+1}{\mathrm{\π}n}\right)}^n\[\frac{1}{R_1^{3n}}-\frac{1}{R_2^{3n}}\]q^n+\frac{8{\mathrm{\η}}_0}{3\mathrm{\π}\tan \mathrm{\α}}{\left(\frac{4}{{\mathrm{\πR}}_1^3}\right)}^{n-1}\left(\frac{1}{R_1^3}-\frac{1}{R_2^3}\right)q^n;$

7)、根据各机械参数，结合压力传感器4的读数得出实际总压力降以及使用步骤6)中的计算方法求得的体积流率q值，通过线性拟合的方法得出材料的非牛顿指数n。

此利用注塑机估算树脂材料非牛顿指数的方法通过在注塑机内设置压力传感器测量注塑机内整体的总压力降数据，并根据注塑机和转接器2上各处尺寸计算其个位置的理论压力降，随后通过线性拟合来得出材料的非牛顿指数，此方法操作方便，步骤流程简单，且通过线性拟合得到的结果准确度高。

作为本发明优选的实施方式，所述料筒1与喷嘴3间设有转接器2，所述转接器2包括后端与料筒1内部相通的转接器圆锥管流道14及前端连接喷嘴的接口。

作为本发明优选的实施方式，注塑机的喷嘴3前端和喷嘴3后端分别为前端圆形管流道11和后端圆形管流道12。

作为本发明优选的实施方式，注塑机上喷嘴3中部设有连接前端圆形管流道11和后端圆形管流道12的喷嘴部圆锥管流道13。

作为本发明优选的实施方式，压力传感器4位于转接器后端的圆锥管流道内。

作为本发明优选的实施方式，转接器2和料筒1的外部设有加热圈5。

本发明基于对注塑过程中由注塑机内部结构导致的材料流动特性改变的分析，提出了在有稳定温度控制条件下，通过空射实验，测量喷嘴附近处的熔体压力以及注射速度，根据压力传感器4的安装位置，估算材料流动特性的方法。

本发明在注塑机的喷嘴3与料筒1之间装有一个转接器2，在转接器2与喷嘴3以及料筒1的外面均装有加热圈5，且带有精确的温度控制系统，可实现聚合物熔体在注射过程中的温度稳定。

本发明考虑到了加热圈5的安装位置，由于压力传感器4的安装位置不能影响到加热圈5的使用和安装，所以将压力传感器4装在加热圈5与料筒1之间的缝隙中。

作为本发明优选的实施方式，在分别设定转接器圆锥管流道14、喷嘴部圆锥管流道13和前端圆形管流道11、后端圆形管流道12各处的压力数值为P₁、P₂、P₃、P₄，则可得出注塑机内的理论总压力降为

设定

$\begin{array}{c}A=\frac{2l_1}{R_1}{\mathrm{\η}}_0{\[\frac{3n+1}{{\mathrm{n\πR}}_1^3}\]}^n+\frac{2{\mathrm{\η}}_0}{3{\mathrm{ntan\α}}_1}{\left(\frac{3n+1}{\mathrm{\π}n}\right)}^n\[\frac{1}{R_1^{3n}}-\frac{1}{R_2^{3n}}\]+\frac{8{\mathrm{\η}}_0}{3{\mathrm{\πtan\α}}_1}{\left(\frac{4}{{\mathrm{\πR}}_1^3}\right)}^{n-1}\left(\frac{1}{R_1^3}-\frac{1}{R_2^3}\right)\\ +\frac{2l_2}{R_2}{\mathrm{\η}}_0{\[\frac{3n+1}{{\mathrm{n\πR}}_2^3}\]}^n+\frac{2{\mathrm{\η}}_0}{3{\mathrm{ntan\α}}_2}{\left(\frac{3n+1}{\mathrm{\π}n}\right)}^n\[\frac{1}{R_2^{3n}}-\frac{1}{R_3^{3n}}\]+\frac{8{\mathrm{\η}}_0}{3{\mathrm{\πtan\α}}_2}{\left(\frac{4}{{\mathrm{\πR}}_2^3}\right)}^{n-1}\left(\frac{1}{R_2^3}-\frac{1}{R_3^3}\right)\end{array},$

则可整理的出

lnΔP_total＝lnA+nlnq

由压力传感器4测得的不同流率η₀下对应的总压力降数值

ΔP_total，可以通过线性拟合的方法求出材料的非牛顿指数n。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种利用注塑机估算树脂材料非牛顿指数的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、记录注塑机的参数，包括料筒内径r以及压力传感器到喷嘴前端范围内结构参数，包括各圆形管流道半径R及长度l、圆锥管流道两端的半径R1和R2及圆锥管流道的收敛角α；

2)、将注塑机经过一段时间的加热，使得注塑机上的喷嘴及转接器处的温度达到恒定且分布均匀，开始进行空射实验，在空射实验过程中仍然保持注塑机温度的恒定及均匀分布；

3)、操纵所述注塑机的射台移动到远离模具一端；

4)、操纵所述注塑机的控制器进行空射实验，同时读取并记录空射过程中的温度、压力、单位时间内螺杆前进的距离数据；

5)、由单位时间内螺杆前进的距离及注塑机的料筒内径r计算出材料的体积流率q，其中

$q=\frac{ds}{dt}{\mathrm{\πr}}^2;$

6)、根据压力传感器的读数，材料的体积流率q，已知的熔体在剪切速率为1s^-1时熔体的粘度η₀,注塑机中喷嘴及转接器内部结构参数得出材料特性参数，其中：

各圆形管流道的压力 ${\mathrm{\ΔP}}_1=\frac{21}{R}{\mathrm{\η}}_0{\[\frac{3n+1}{{\mathrm{n\πR}}^3}\]}^n{q}^n,$

各圆锥管流道的压力

${\mathrm{\ΔP}}_2=\frac{2{\mathrm{\η}}_0}{3ntan\mathrm{\α}}{\left(\frac{3n+1}{\mathrm{\π}n}\right)}^n\[\frac{1}{R_1^{3n}}-\frac{1}{R_2^{3n}}\]q^n+\frac{8{\mathrm{\η}}_0}{3\mathrm{\π}\tan \mathrm{\α}}{\left(\frac{4}{{\mathrm{\πR}}_1^3}\right)}^{n-1}(\frac{1}{R_1^3}-\frac{1}{R_2^3})q^n$

7)、根据各机械参数，结合压力传感器的读数得出实际总压力降以及使用步骤6)中的计算方法求得的体积流率θ值，通过线性拟合的方法得出材料的非牛顿指数n。

2.根据权利要求1所述的利用注塑机估算树脂材料非牛顿指数的方法，其特征在于：所述料筒与喷嘴间设有转接器，所述转接器包括后端与料筒内部相通的转接器圆锥管流道及前端连接喷嘴的接口。

3.根据权利要求2所述的利用注塑机估算树脂材料非牛顿指数的方法，其特征在于：所述注塑机的喷嘴前端和喷嘴后端分别为前端圆形管流道和后端圆形管流道。

4.根据权利要求3所述的利用注塑机估算树脂材料非牛顿指数的方法，其特征在于：所述注塑机上喷嘴中部设有连接前端圆形管流道和后端圆形管流道的喷嘴部圆锥管流道。

5.根据权利要求3或4所述的利用注塑机估算树脂材料非牛顿指数的方法，其特征在于：所述压力传感器位于转接器后端的圆锥管流道内。

6.根据权利要求2所述的利用注塑机估算树脂材料非牛顿指数的方法，其特征在于：所述转接器和料筒的外部设有加热圈。

7.根据权利要求3所述的利用注塑机估算树脂材料非牛顿指数的方法，其特征在于：在分别设定转接器圆锥管流道、喷嘴部圆锥管流道和前端圆形管流道、后端圆形管流道各处的压力数值为P₁、P₂、P₃、P₄，则可得出注塑机内的理论总压力降为

设定

$\begin{array}{c}A=\frac{2l_1}{R_1}{\mathrm{\η}}_0{\[\frac{3n+1}{{\mathrm{n\πR}}_1^3}\]}^n+\frac{2{\mathrm{\η}}_0}{3n{\mathrm{tan\α}}_1}{\left(\frac{3n+1}{\mathrm{\π}n}\right)}^1\[\frac{1}{R_1^{3n}}-\frac{1}{R_2^{3n}}\]+\frac{8{\mathrm{\η}}_0}{3{\mathrm{\πtan\α}}_1}{\left(\frac{4}{{\mathrm{\πR}}_1^3}\right)}^{n-1}\left(\frac{1}{R_1^3}-\frac{1}{R_2^3}\right)\\ +\frac{2l_2}{R_2}{\mathrm{\η}}_0{\[\frac{3n+1}{{\mathrm{n\πR}}_2^3}\]}^n+\frac{2{\mathrm{\η}}_0}{3n{\mathrm{tan\α}}_2}{\left(\frac{3n+1}{\mathrm{\π}n}\right)}^n\[\frac{1}{R_2^{3n}}-\frac{1}{R_3^{3n}}\]+\frac{8{\mathrm{\η}}_0}{3{\mathrm{\πtan\α}}_2}{\left(\frac{4}{{\mathrm{\πR}}_2^3}\right)}^{n-1}\left(\frac{1}{R_2^3}-\frac{1}{R_3^3}\right)\end{array},$

则可整理的出

lnΔP_total＝lnA++lnq

由压力传感器测得的不同流率η₀下对应的总压力降数值ΔP_total，可以通过线性拟合的方法求出材料的非牛顿指数n。