CN1837776A

CN1837776A - 一种螺旋流体流动性测试模具

Info

Publication number: CN1837776A
Application number: CN 200510031353
Authority: CN
Inventors: 蒋炳炎; 谢磊; 彭华建
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2025-03-23
Also published as: CN100498283C

Abstract

一种螺旋流体流动性测试模具，主要包括模具座板，在模具座板上依次有支撑垫块，加热板，动模板，动模镶板，定模板，动模镶板通过镶嵌轨道安装在动模板上，拆卸方便，在动模镶板中心处镶嵌有浇口镶块，动模镶板的型腔为螺旋线形式，其末端设计镶嵌堵块，使螺旋线型腔既可用于“封闭式”研究也可用于“开放式”研究。采用本发明可测试不同注射成型工艺条件下流体的流动型；测试不同浇口形状和尺寸条件下流体的流动型；本发明可实施的测试对象包括：聚合物熔体的流动性，粉末喂料熔体的流动性；本发明测试流体流动性的功能齐全，通用性强，模具结构紧凑。

Description

一种螺旋流体流动性测试模具

技术领域

本发明涉及一种流体流动性测试模具及其测试方法，特别是涉及一种多用途螺旋流体流动性测试模具及其测试使用方法，属于材料测试技术和模具设计制造

技术领域。

背景技术

注射成形工艺中，通常以熔体流动性作为评价熔体的成形性能。而衡量熔体流动性的指标有很多，如表观粘度、熔融指数、阿基米德螺旋线长度、流长比、流动指数等，但很难用某个指标来综合评价熔体的成形性能。因此，根据用途的不同，制定了相应的参考标准和相应的熔体流动性的测试方法。目前，熔体流动性测量方法主要有：毛细管流变仪和转矩流变仪、熔融指示仪、螺旋线流动性测试模具。

螺旋线流动性测试模具的外观结构及应用方法已有报导，其外观结构主要为美国ASTM标准(D3123-72-低压热固性注塑化合物的螺旋流动模测试)规定采用标准的阿基米德螺旋线模具测试热固性塑料的流动性，该测试模具由动、定两块模板组成，主要应用于塑料熔体和铸造合金流体流动性测试。

该标准提出的阿基米德螺旋测试模具与应用方法仍存在诸多缺陷与不足：

1)该螺旋模具采用非限制性直浇口，无法用于测试研究不同浇口尺寸和不同浇口形状下流体的流动性；

2)该螺旋模具采用开放式型腔，即螺旋线型腔与大气直接相通，在流动性测试过程中，其仅经历注射成型过程中的充填与冷却阶段，而未经历保压阶段，与实际注射成型工艺过程存在偏差；

3)该螺旋模具流动长度标记点位于型腔底部，必须将实验样件脱模后才可读取螺旋流动长度实验数据，无法消除脱模时样件在外力作用下变形带来的实验误差；

4)该螺旋模具未设计模温控制结构，使模具不可用于测试研究不同模具温度下流体的流动性；

5)该螺旋模具型腔采用阿基米德螺旋线，流体测试过程中流动路线平滑且型腔截面为尺寸固定的半圆形，无法体现流体在流动路线突然改变条件下的流动性，以及不同形状型腔截面下流体流动性；

6)该模具的测试对象仅局限于聚合物熔体，研究及应用范围受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种多用途螺旋流体流动性测试模具，该模具能够在与实际注射成型工艺相同的条件下，研究测试不同浇口尺寸、工艺参数及型腔几何形状条件下流体的流动性，其测试对象包括聚合物熔体、金属和陶瓷粉末喂料。

螺旋流体流动性测试模具，主要包括模具座板1，支撑垫块2、加热板3依次叠放在模具座板1上，加热棒4与14放置在加热板3的通孔内，动模板5上有阶梯孔，导套6置于动模板5阶梯孔中，动模板5中开有镶嵌导轨，动模镶板13通过导轨镶入动模板5中紧固连接，动模镶板13中央装有浇口镶块12，换模螺钉16通过螺纹孔安装在动模镶板上，模具座板1、支撑垫块2、装有加热棒的加热板3以及装有动模镶板和导套的动模板5，通过长销钉15定位连接，由长螺钉21紧固，在动模板5上叠放装配有主流道衬套10、定位圈9和导柱7的定模板8，主流道衬套10镶入定模板8中心处阶梯孔内，定位圈9放于定模座板中心处，由螺钉17和螺钉18将定位圈5和定模板8联接紧固，通过装在定模板阶梯孔中的导柱7和装在动模板上的导套6定位。其中：

所述动模镶板13的型腔为螺旋线形式，螺旋线型腔末端设计镶嵌堵块24，使螺旋线型腔既可用于“封闭式”研究也可用于“开放式”研究，螺旋线形式为阿基米德螺旋线或矩形螺旋线，螺旋线型腔的截面形状为半圆形或矩形或梯形或U形或圆形。

所述动模镶板13上有水道，可供热水或热油流通加热模具，也可供冷水流通冷却模具。

所述加热板3装有可控温加热棒，可将模具进行大于300℃的高温加热。

所述浇口镶块上浇口的形状可以为矩形或梯形或扇形或楔形。

所述动模镶板13螺旋线型腔内有螺旋线长度标志点，其表面上螺旋线型腔旁也可以有螺旋线长度标志点。

多用途螺旋流体流动性测试模具测试使用方法为：

将测试对象进行测试前处理，聚合物须进行烘干，粉末喂料须进行搅拌混料，而后将测试对象加入注射成型机料斗内；

设定相应的注射成型工艺参数，模具温度设定可通过向动模镶板11中的水道注入循环加热或冷却介质实现，高模温可通过加热板通电加热实现，其他工艺参数可通过注射成型机控制面板设定；

合模后，测试对象以熔融状态经注射成型机喷嘴射入该测试模具螺旋线型腔中，待模具内熔体冷却后，开模；

开模后，直接通过加工在动模镶板11螺旋线型腔旁的长度标记点进行读数，若测试对象为聚合物也可将实验样件取下，通过成型在实验样件上的长度标志点读数。

本发明提供的多用途螺旋测试模具及其测试使用方法，具有以下优点：

通过可快速装卸互换的浇口镶块设计，实现了测试不同浇口形状和尺寸条件下流体流动性的目的；

采用封闭式的螺旋线型腔使测试过程包含保压过程，与实际注射成型工艺相同；

在动模板螺旋线型腔旁加工螺旋线长度标志点，消除了由于脱模时样件在外力作用下变形带来的实验误差；

通过可互换动模板设计，实现不同型腔截面形状和螺旋线形式下流体流动性的测试；

通过在动模板上加工水道的设计，实现不同模具温度条件下流体流动性的测试；

根据测试内容和对象，本发明可实施的测试内容包括：①测试不同注射成型工艺条件下流体的流动型，不同注射成型工艺包括不同注射压力、注射速度、熔体温度、模具温度、保压压力、保压时间及冷却时间等；②测试不同浇口形状和尺寸条件下流体的流动型，不同浇口形状包括矩形、圆形和楔形等；③测试型腔突然变向与平滑过渡两种条件下流体的流动性；④测试不同形状型腔截面条件下流体流动性；⑤测试上述四项测试内容相互组合条件下流体流动性。

本发明可实施的测试对象包括：①聚合物熔体的流动性，包括热固性塑料、热塑性塑料及其他高分子材料；②粉末喂料熔体的流动性，包括金属粉末喂料和陶瓷粉末喂料。该模具测试流体流动性的功能齐全，通用性强，模具结构紧凑。本发明提供的多用途螺旋测试模具测试使用方法，具有测试不同工艺参数条件下多种成型材料流动性的功能。

附图说明

图1：螺旋流体流动性测试模具主视图；

图2：螺旋流体流动性测试模具C-C剖视图；

图3：螺旋流体流动性测试模具B-B剖视图；

图4：螺旋线形式为阿基米德螺旋线、型腔截面形状为半圆形的动模镶板；

图5：型腔截面形状为半圆形的动模镶板剖面图；

图6：螺旋线形式为阿基米德螺旋线、型腔截面形状为矩形的动模镶板；

图7：螺旋线形式为矩形螺旋线、型腔截面形状为矩形的动模镶板；

图8：W-Ni-Fe金属粉末喂料测试时未脱模的螺旋线样件。

具体实施方式

下面结合实施例对发明做进一步说明：

实施例1：相同注射成型工艺条件下，PE-2909与PP-T30S流动性对比测试。

将支撑垫块2、加热板3依次叠放在模具座板1上，加热棒4与加热棒14放置在加热板3的通孔内，动模板5上有阶梯孔，导套6置于动模板5阶梯孔中，动模板5中开有镶嵌导轨，动模镶板13通过导轨镶入动模板5中紧固连接，动模镶板13中央装有浇口镶块12，换模螺钉16通过螺纹孔安装在动模镶板上，模具座板1、支撑垫块2、装有加热棒的加热板3以及装有动模镶板和导套的动模板5，通过长销钉15定位连接，由长螺钉21紧固，在动模板5上叠放装配有主流道衬套10、定位圈9和导柱7的定模板8，主流道衬套10镶入定模板8中心处阶梯孔内，定位圈9放于定模座板中心处，由螺钉17和螺钉18将定位圈5和定模板8联接紧固，通过装在定模板阶梯孔中的导柱7和装在动模板上的导套6定位。其中：

所述动模镶板13的型腔为螺旋线形式，螺旋线型腔末端安装镶嵌堵块24，使螺旋线型腔成为“封闭式”，螺旋线形式为阿基米德螺旋线，型腔的截面形状为半圆形，所述浇口镶块上浇口的形状为矩形。

测试对象为热塑性塑料聚乙烯(PE)，牌号为2909和热塑性塑料聚丙烯(PP)，牌号为T30-S，测试内容为相同注射成型工艺条件下，PE-2909和PP-T30S流动性对比。采用截面为半圆形的阿基米德螺旋线动模板和具有矩形侧浇口的浇口镶块，将测试模具装配后夹装在注射成型机不动侧与可动侧。将PE-2909放入注射成型机料斗，合模后设定注射成型工艺参数为：注射压力80Mpa，注射速率130g/s，，分别进行3次实验。开模后读取螺旋线长度分别为603mm，重复上述装夹及准备步骤，分别在注射成型工艺条件为：注射压力100Mpa，120Mpa，注射速率118.2g/s，106.4g/s时再进行2次实验，得到螺旋线长度分别为683mm，801mm。

采用上述同样的注射成型工艺和测试方法，对PP-T30S流动性进行测试，分别得到相应螺旋线流动长度为708mm，845mm，965mm。

分析对比两种材料实验结果可得出，在相同注射压力和注射速率工艺条件下，PP-T30S较PE-2909流动性较好，利于充填成型。

实施例2：不同型腔截面形状和不同形式螺旋线型腔条件下，PP-T30S流动性测试

测试对象为热塑性塑料聚丙烯(PP)，牌号为T30S，测试内容为测试型腔突然变向与平滑过渡两种条件下流体的流动性和不同形状型腔截面条件下流体流动性。在相同注射成型工艺条件下，分别采用3种不同截面形状和螺旋形式的动模板对PP-T30S的流动性进行3次测试实验。注射成型工艺条件设定为：熔体温度220℃，注射压力80Mpa，注射速率130g/s。实验后得到螺旋线样件长度分别为：半圆形截面阿基米德螺旋线型腔螺旋线长度708mm，矩形截面阿基米德螺旋线型腔螺旋线长度634mm，半圆形截面阿基米德螺旋线型腔螺旋线长度612mm。分析实验结果可得出，在相同注射工艺条件下，半圆形截面型腔或流道利于PP-T30S熔体流动，几何结构平滑过渡的型腔利于PP-T30S熔体流动，且几何结构的平滑性对熔体流动性的影响大于型腔或流道截面形状对熔体流动性的影响，进行注射模具设计时应考虑型腔及流道的截面形状和几何结构过渡。

实施例3：不同注射成型工艺和不同矩形浇口尺寸条件下，W-Ni-Fe金属粉末喂料流动性测试及其流动性与工艺参数和浇口尺寸间的关系。

测试对象为W-Ni-Fe金属粉末喂料(wt 98％，vol 58％)，W∶Ni∶Fe＝94∶4∶1(重量百分比)，粘结剂为HDPE-PW-EVA-SA，粉末平均粒度2~8μm，近似球状。测试内容为不同注射成型工艺和不同矩形浇口尺寸条件下，W-Ni-Fe金属粉末喂料流动性测试及其流动性与工艺参数和浇口尺寸间的关系。采用截面为半圆形的阿基米德螺旋线动模板，6个矩形侧浇口形式的可更换浇口镶块。将W-Ni-Fe金属粉末和HDPE-PW-EVA-SA粘结剂加入混料机中，熔融混炼30分钟，然后冷却、制粒得到注射成形用喂料。将该喂料加入注射成型机料斗内，按表1实验方案进行8次四因素二水平正交实验，得到螺旋线长度实验结果，在通过回归分析得出各工艺参数与螺旋线长度间的关系，附图8给出了其中一次测试后未脱模的螺旋线样件。通过F检验与回归分析得到，各工艺参数与W-Ni-Fe金属粉末喂料螺旋流动长度间的回归关系模型，及各工艺参数对W-Ni-Fe金属粉末喂料流动性的影响强度顺序，为该种喂料的注射成型工艺提供了工艺参数设定依据，提高了生产效率，缩短了生产周期，降低了生产成本。

表1 正交试验方案及结果

实验序号	注射速率Q(cm³/s)	注射压力P(MPa)	熔体温度与模具温度差ΔT(℃)	浇口面积S(cm²)
实验序号	注射速率Q(cm³/s)	注射压力P(MPa)	熔体温度与模具温度差ΔT(℃)	浇口面积S(cm²)	12345678	+1+1+1+1-1-1-1-1	+1+1-1-1+1+1-1-1	+1-1+1-1+1-1+1-1	+1-1-1+1+1-1-1+1

Claims

1.一种螺旋流体流动性测试模具，其特征在于：主要包括模具座板(1)，支撑垫块(2)、加热板(3)依次叠放在模具座板上，加热棒(4)与(14)放置在加热板的通孔内，动模板(5)上有阶梯孔，导套(6)置于动模板阶梯孔中，动模板中开有镶嵌导轨，动模镶板(13)通过导轨镶入动模板中紧固连接，动模镶板中央装有浇口镶块(12)，换模螺钉(16)通过螺纹孔安装在动模镶板上，模具座板、支撑垫块、装有加热棒的加热板以及装有动模镶板和导套的动模板，通过长销钉(15)定位连接，由长螺钉(21)紧固，在动模板上叠放装配有主流道衬套(10)、定位圈(9)和导柱(7)的定模板(8)，主流道衬套镶入定模板中心处阶梯孔内，定位圈放于定模座板中心处，由螺钉(17)和螺钉(18)将定位圈和定模板联接紧固，通过装在定模板阶梯孔中的导柱和装在动模板上的导套定位，其中：

所述动模镶板(13)的型腔为螺旋线形式，螺旋线型腔末端设计镶嵌堵块(24)，螺旋线形式为阿基米德螺旋线或矩形螺旋线，螺旋线型腔的截面形状为半圆形或矩形或梯形或U形或圆形。

2.根据权利要求1所述的模具，其特征在于：所述动模镶板(13)上有水道，可供热水或热油流通加热模具，也可供冷水流通冷却模具。

3.根据权利要求1所述的模具，其特征在于：所述浇口镶块上浇口的形状可以为矩形或梯形或扇形或楔形。

4.根据权利要求1所述的模具，其特征在于：所述动模镶板(13)螺旋线型腔内有螺旋线长度标志点，其表面上螺旋线型腔旁也可以有螺旋线长度标志点。