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1、(10)申请公布号 CN 103344524 A (43)申请公布日 2013.10.09 CN 103344524 A *CN103344524A* (21)申请号 201310254287.6 (22)申请日 2013.06.24 G01N 11/04(2006.01) (71)申请人 上海工程技术大学 地址 200336 上海市长宁区仙霞路 350 号 (72)发明人 裴士轻 曹阳根 毛秀娟 邓沛然 权非 (74)专利代理机构 上海伯瑞杰知识产权代理有 限公司 31227 代理人 吴瑾瑜 (54) 发明名称 阿基米德螺旋线模具中高聚物熔体流动性的 测试方法 (57) 摘要 本发明公开了一。
2、种阿基米德螺旋线模具中高 聚物熔体流动性的测试方法， 首先， 将两个压力传 感器分别设置在阿基米德螺旋线模具的内端浇口 侧以及外端 ； 在一个注射成型周期中， 聚合物熔 体经浇口流到内端压力传感器时， 该压力传感器 记录下此时的时间与压力曲线 ； 当聚合物熔体到 达外端压力传感器时， 该压力传感器记录下此时 的时间与压力曲线 ； 上述两个压力传感器分别将 采集到的信息传送至电脑上， 电脑依据流体力学 模型计算得出与该聚合物熔体相对应的流量、 表 观剪切速率以及表观粘度。经 Moldflow 验证模 拟， 该方法计算的表观剪切速率与 Moldflow 模拟 分析所得数据匹配良好， 可以在生产车间。
3、快速测 定某种聚合物的表观剪切速率和表观粘度。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103344524 A CN 103344524 A *CN103344524A* 1/2 页 2 1. 一种阿基米德螺旋线模具中高聚物熔体流动性的测试方法， 其特征在于 ： 该测试方法的具体步骤为 ： A将两个压力传感器分别设置在阿基米德螺旋线模具的内端浇口侧以及外端 ； B在一个注射成型周期中， 聚合物熔体经浇口流到内端压力传感器时， 该压力传感器。
4、 记录下此时的时间与压力曲线 ； C当聚合物熔体到达外端压力传感器时， 该压力传感器记录下此时的时间与压力曲 线 ； D 上述两个压力传感器分别将采集到的信息传送至电脑上， 依据流体力学模型计算得 出与该聚合物熔体相对应的流量、 表观剪切速率以及表观粘度。 2. 根据权利要求 1 所述的测试方法， 其特征在于 ： 所述步骤 A 中的阿基米德螺旋线模具型腔的截面为矩形。 3. 根据权利要求 1 所述的测试方法， 其特征在于 ： 所述步骤 A 中的内端压力传感器以及外端压力传感器的具体设置位置为 ： 依据极坐标方程式 : r()=a+6.45(a=0;0 6) 其中， a 为当 =0 时的极径 (。
5、 单位 mm)， 为极角 ( 单位 rad)。 由上式确定的螺旋线作为模具螺旋型腔的中心线， 设浇口位置为螺旋极坐标中心 O， 极 轴为 OV ； 极轴 OV 沿模具螺旋型腔向外转动 1/4-3/2 与螺旋型腔中线的交点作为内侧 压力传感器的位置 ； 以内端压力传感器的设置点为起点并沿模具螺旋型腔向外转动 4 作为外端压力传 感器的设置点。 4. 根据权利要求 3 所述的测试方法， 其特征在于 ： 所述极轴 OV 沿模具螺旋型腔向外转动 作为内端压力传感器的设置点。 5. 根据权利要求 2 所述的测试方法， 其特征在于 ： 所述步骤 D 的具体步骤为 ： 假设螺旋模腔为直条状， 二维流场中聚合。
6、物熔体的流动方向为x轴， 在水平面内与x轴 垂直的为 y 轴。因此， 只有 x 方向的流动速度， ux=u(y)， uy=0; 根据流体方程 （1） ： 其中， ux表示 x 方向的速度， t 表示时间， p 为流体所受压力， 为动力粘度， 外力为 g。 依模型可知， 由 （1） 式可得沿 x 方向熔体流动动量方程为 （2） ： 边界条件 ： y=b 时， u=0; 两次积分 (2) 式， 得熔体流动速度 u ： 权 利 要 求 书 CN 103344524 A 2 2/2 页 3 体积流量为 Q, 带入 （3） 式可得 ： 剪切速率 边界处剪切速率为表观剪切速率由 （5） 式得 ： 其中 Q。
7、 表示体积流量， w 表示模具型腔宽度， b 表示型腔厚度的一半。 剪切应力 ： 边界处剪切应力 a： （6） 式代入 (8) 式， 得出表观粘度 a： 式中， p 表示两个传感器压力峰值之差， l 表示两传感器之间沿螺旋线的距离。 权 利 要 求 书 CN 103344524 A 3 1/7 页 4 阿基米德螺旋线模具中高聚物熔体流动性的测试方法 技术领域 0001 本发明涉及材料加工技术， 更具体地说， 是涉及一种阿基米德螺旋线模具中高聚 物熔体流动性的测试方法， 应用于聚会物的注射成型， 评价某种高聚物的成型性能， 尤其是 高聚物熔体流变性能。 背景技术 0002 高聚物的流变特性是其经。
8、注射成型获得合格制品的关键因素， 围绕这一课题前人 做了大量的实验与理论研究。 就注射成型而言， 应用较广的流变参数是粘性参数， 包括剪切 粘度、 表观剪切粘度、 拉伸粘度和复数粘度。表观剪切粘度是普遍地用来表示聚合物 （高聚 物） 流变性能的一个参数。为测定聚合物剪切粘度等熔体流变参数， 人们发明了各种实验装 置与数值模拟方法。如熔融指数测定仪、 毛细管流变仪、 锥板流变仪以及平板流变仪等。然 而， 这些实验与模拟方法依然存在一些问题， 其一， 各种实验测定装置大都是在实验室条件 下， 利用特定的加热、 加压方式测量高聚物熔体的流变参数， 这些条件与实际注射过程有很 大区别， 因此， 这些方。
9、法只能间接衡量某种高聚物的成型性能 ； 其二， 注射成型 CAE 技术的 应用在提高成品率、 降低注射成本等方面有显著的效益， 但对于当前日益多元化的复合高 聚物制品与纤维增强制品生产过程中， CAE 模拟缺乏有用的参考参数。因此， 开发一种基于 实际注射生产的评价高聚物流变学特性的方法显得尤为必要。 发明内容 0003 针对现有技术中存在的缺陷， 本发明的目的是提供一种阿基米德螺旋线模具中高 聚物熔体流动性的测试方法。 0004 为达到上述目的， 本发明采用如下的技术方案 ： 0005 一种阿基米德螺旋线模具中高聚物熔体流动性的测试方法， 该测试方法的具体步 骤为 ： 0006 A将两个压力。
10、传感器分别设置在阿基米德螺旋线模具的内端浇口侧以及外端 ； 0007 B在一个注射成型周期中， 聚合物熔体经浇口流到内端压力传感器时， 该压力传 感器记录下此时的时间与压力曲线 ； 0008 C 当聚合物熔体到达外端压力传感器时， 该压力传感器记录下此时的时间与压力 曲线 ； 0009 D 上述两个压力传感器分别将采集到的信息传送至电脑上， 依据流体力学模型计 算得出与该聚合物熔体相对应的流量、 表观剪切速率以及表观粘度。 0010 所述步骤 A 中的阿基米德螺旋线模具型腔的截面为矩形。 0011 所述步骤 A 中的内端压力传感器以及外端压力传感器的具体设置位置为 ： 0012 依据极坐标方程。
11、式 : 0013 r()=a+6.45(a=0;0 6) 0014 其中， a 为当 =0 时的极径， 单位 mm ； 为极角， 单位 rad ； 说 明 书 CN 103344524 A 4 2/7 页 5 0015 由上式确定的螺旋线作为模具螺旋型腔的中心线， 设浇口位置为螺旋极坐标中心 O， 极轴为 OV ； 极轴 OV 沿模具螺旋型腔向外转动 1/4-3/2 与螺旋型腔中线的交点作为 内侧压力传感器的位置 ； 0016 以内端压力传感器的设置点为起点并沿模具螺旋型腔向外转动 4 作为外端压 力传感器的设置点。 0017 所述极轴 OV 沿模具螺旋型腔向外转动 作为内端压力传感器的设置点。
12、。 0018 所述步骤 D 的具体步骤为 ： 0019 假设螺旋模腔为直条状， 二维流场中聚合物熔体的流动方向为 x 轴， 在水平面内 与 x 轴垂直的为 y 轴。因此， 只有 x 方向的流动速度， ux=u(y),uy=0; 0020 根据流体方程 （1） ： 0021 0022 其中， ux表示 x 方向的速度， t 表示时间， p 为流体所受压力， 为动力粘度， 外力 为 g。 0023 依模型可知， 由 （1） 式可得沿 x 方向熔体流动动量方程为 （2） ： 0024 0025 边界条件 ： y=b 时， u=0; 0026 两次积分 (2) 式， 得熔体流动速度 u ： 0027 。
13、0028 体积流量为 Q, 带入 （3） 式可得 ： 0029 0030 剪切速率 0031 0032 边界处剪切速率为表观剪切速率由 （5） 式得 ： 0033 0034 其中 Q 表示体积流量， w 表示模具型腔宽度， b 表示型腔厚度的一半。 0035 剪切应力 说 明 书 CN 103344524 A 5 3/7 页 6 0036 0037 边界处剪切应力 a： 0038 0039 （6） 式代入 (8) 式， 得出表观粘度 a： 0040 0041 式中， p 表示两个传感器压力峰值之差， l 表示两传感器之间沿螺旋线的距离。 0042 与现有技术相比， 采用本发明的一种阿基米德螺旋。
14、线模具中高聚物熔体流动性的 测试方法， 高聚物在注射成型过程中由两个压力传感器分别记录下熔体流经压力传感器的 时间与压力曲线， 建立熔体在螺旋线模腔中流动的流体力学模型， 将传感器记录的压力、 时 间信息带入计算， 即得到熔体在注射填充模具型腔过程中的表观速率以及表观粘度。经 MOLDFLOW 验证模拟， 该方法计算的表观剪切速率与 Moldflow 模拟分析所得数据匹配良好， 可以证实该方法的可靠性， 可以在生产车间快速测定某种聚合物的表观剪切速率和表观粘 度。 附图说明 0043 图 1 为本发明的实施例的螺旋线型腔与压力传感器的位置示意图 ； 0044 图 2 为图 1 中两个压力传感器。
15、与时间曲线的示意图 ； 0045 图 3 为图 1 中螺旋线型腔内的熔体流动模型示意图 ； 0046 图 4 为图 3 中表观剪切速率实验值与 CAE 模拟值对比示意图。 具体实施方式 0047 下面结合附图以及实施例进一步说明本发明的技术方案。 0048 一种阿基米德螺旋线模具中高聚物熔体流动性的测试方法， 该测试方法的具体步 骤为 ： 0049 A将两个压力传感器分别设置在阿基米德螺旋线模具的内端浇口侧以及外端 ； 0050 B在一个注射成型周期中， 聚合物熔体经浇口流到内端压力传感器时， 该压力传 感器记录下此时的时间与压力曲线 ； 0051 C 当聚合物熔体到达外端压力传感器时， 该压。
16、力传感器记录下此时的时间与压力 曲线 ； 0052 D 上述两个压力传感器分别将采集到的信息传送至电脑上， 电脑依据流体力学模 型计算得出与该聚合物熔体相对应的流量、 表观剪切速率以及表观粘度。 0053 所述步骤 A 中的阿基米德螺旋线模具型腔的截面为矩形。 0054 所述步骤 A 中的内端压力传感器以及外端压力传感器的具体设置位置为 ： 0055 依据极坐标方程式 : 说 明 书 CN 103344524 A 6 4/7 页 7 0056 r()=a+6.45(a=0;0 6) 0057 其中， a 为当 =0 时的极径 ( 单位 mm)， 为极角 ( 单位 rad)。 0058 由上式确。
17、定的螺旋线作为模具螺旋型腔的中心线， 设浇口位置为螺旋极坐标中心 O， 极轴为 OV ； 极轴 OV 沿沿模具螺旋型腔向外转动 （以图 1 为例， 在图 1 中采用逆时针方向） 1/4-3/2 与螺旋型腔中线的交点作为内侧压力传感器的位置 ； 0059 以内端压力传感器的设置点为起点并沿模具螺旋型腔向外转动 4 作为外端压 力传感器的设置点。 0060 所述步骤 D 的具体步骤为 ： 0061 假设螺旋模腔为直条状， 二维流场中聚合物熔体的流动方向为 x 轴， 在水平面内 与 x 轴垂直的为 y 轴。因此， 只有 x 方向的流动速度， ux=u(y)， uy=0。 0062 根据流体方程 （1。
18、） ： 0063 0064 其中， ux表示 x 方向的速度， t 表示时间， p 为流体所受压力， 为动力粘度， 外力 为 g。 0065 依模型可知， 由 （1） 式可得沿 x 方向熔体流动动量方程为 （2） ： 0066 0067 边界条件 ： y=b 时， u=0; 0068 两次积分 (2) 式， 得熔体流动速度 u ： 0069 0070 体积流量为 Q, 带入 （3） 式可得 ： 0071 0072 剪切速率 0073 0074 边界处剪切速率为表观剪切速率由 （5） 式得 ： 0075 0076 其中 Q 表示体积流量， w 表示模具型腔宽度， b 表示型腔厚度的一半。 007。
19、7 剪切应力 ： 说 明 书 CN 103344524 A 7 5/7 页 8 0078 0079 边界处剪切应力 a: 0080 0081 （6） 式代入 (8) 式， 得出表观粘度 a： 0082 0083 式中， p 表示两个传感器压力峰值之差， l 表示两传感器之间沿螺旋线的距离。 0084 实施例 0085 基于阿基米德螺旋线模具， 螺旋方向为逆时针， 极坐标方程式为 ： 0086 r()=a+6.45(a=0;0 0 6)， 最小半径为 0， 最大半径为 121.5mm。 0087 由上式确定的螺旋线作为模具螺旋型腔的中心线， 型腔的截面为矩形， 规格为 10mm( 宽 )4mm(。
20、 高 )。 0088 在螺旋模具型腔 13 特定位置加置 2 个压力传感器 11、 12， 如图 1。螺旋极坐标中 心为 O, 极轴为 OV。极轴 OV 沿逆时针方向转 180 () 与螺旋型腔中线的交点作为第一 个压力传感器11的位置， 同样地， 极轴逆时针转动900(5)与螺旋型腔中线的交点作为 第二个传感器 12 的位置。此时两个传感器的连线通过极坐标中心点 O。 0089 在一个注射成型周期中， 聚合物熔体经浇口流到第一个传感器， 传感器记录下此 时的时间与压力曲线。 同样地， 当熔体到达第二个传感器时， 也会记录下相应的时间与压力 曲线 （如图 2） 。传感器采集后的信息记录到电脑上。
21、以备分析。 0090 采集两个传感器配置点处的压力与熔体到达时间的信息， 结合流体力学模型计 算， 得出聚合物在某种注射工艺下的流量、 表观剪切速率以及表观粘度等。 0091 首先建立模型， 如图 3。本发明所用阿基米德螺旋线模具型腔截面为矩形， 厚度为 4mm。两测量点之间沿螺旋方向距离 780mm， 近似认为螺旋模腔为直条状。 0092 假设螺旋模腔为直条状， 二维流场中聚合物熔体的流动方向为 x 轴， 在水平面内 与 x 轴垂直的为 y 轴。因此， 只有 x 方向的流动速度， ux=u(y)， uy=0。 0093 根据流体方程 （1） ： 0094 0095 其中， ux表示 x 方向。
22、的速度， t 表示时间， p 为流体所受压力， 为动力粘度， 外力 为 g。 0096 依模型可知， 由 （1） 式可得沿 x 方向熔体流动动量方程为 （2） ： 0097 0098 边界条件 ： y=b 时， u=0; 说 明 书 CN 103344524 A 8 6/7 页 9 0099 两次积分 (2) 式， 得熔体流动速度 u ： 0100 0101 体积流量为 Q, 带入 （3） 式可得 ： 0102 0103 剪切速率 0104 0105 边界处剪切速率为表观剪切速率由 （5） 式得 ： 0106 0107 其中 Q 表示体积流量， w 表示模具型腔宽度， b 表示型腔厚度的一半。。
23、 0108 剪切应力 ： 0109 0110 边界处剪切应力 a： 0111 0112 （6） 式代入 (8) 式， 得出表观粘度 a： 0113 0114 式中， p 表示两个传感器压力峰值之差， l 表示两传感器之间沿螺旋线的距离。 0115 测试对象为 HDPE， 牌号为 M80064SE。在不同的工艺参数下记录熔体流经两个传 感器的压力和时间， 具体参数参考了该牌号 HDPE 成形工艺参数。测试注射机型号为震雄 EM-150V， 最大注射压力为 138MPa， 模具表面温度 43， 型腔厚度 4mm。实验分为三组， 在三 种熔体温度 205、 210、 215下， 注射压力从 60% 。
24、递增到 74%。分析数据计算各种参数下 的表观剪切速率， 如表 1 ： 0116 表 1 0117 说 明 书 CN 103344524 A 9 7/7 页 10 0118 结果表明， 该方法计算的表观剪切速率与 Moldflow 模拟分析所得数据匹配良好， 如图 4。将各参数带入 （9） 式即可得表观粘度。 0119 本技术领域中的普通技术人员应当认识到， 以上的实施例仅是用来说明本发明的 目的， 而并非用作对本发明的限定， 只要在本发明的实质范围内， 对以上所述实施例的变 化、 变型都将落在本发明的权利要求的范围内。 说 明 书 CN 103344524 A 10 1/3 页 11 图 1 说 明 书 附 图 CN 103344524 A 11 2/3 页 12 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103344524 A 12 3/3 页 13 图 4 说 明 书 附 图 CN 103344524 A 13 。