基于超聲外場(chǎng)的微注塑成型中粘性耗散的研究.pdf

1、隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)工藝的持續(xù)優(yōu)化，微型元器件在電子制造、航空航天、生物醫(yī)療等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用與日俱增，對(duì)其成型質(zhì)量和尺寸精度的要求也日趨嚴(yán)格。而作為微型塑件重要生產(chǎn)手段的微注塑成型技術(shù)因其具有成型工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、加工效率高、塑件質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)受到學(xué)者們?cè)絹?lái)越廣泛的關(guān)注。
　　與傳統(tǒng)注塑成型技術(shù)相比，微注塑成型中由于塑件結(jié)構(gòu)尺寸微小，通道表面積與體積比及長(zhǎng)度與直徑之比大，進(jìn)入模具型腔的聚合物熔體及其攜

2、帶的熱量少，由此帶來(lái)的微尺度效應(yīng)，如粘性耗散、壁面滑移、對(duì)流換熱和表面張力等，影響了熔體在微小通道中的流變行為，導(dǎo)致微塑件成型質(zhì)量、加工效率等難以達(dá)到要求。
　　本文在深入分析微注塑成型技術(shù)特點(diǎn)及超聲波對(duì)聚合物熔體作用機(jī)理的基礎(chǔ)上，運(yùn)用高分子材料學(xué)、粘性流體力學(xué)、聚合物流變學(xué)、超聲學(xué)等相關(guān)理論知識(shí)，通過(guò)數(shù)學(xué)建模、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)量相結(jié)合的手段，對(duì)微注塑充模流動(dòng)過(guò)程中熔體的粘性耗散進(jìn)行了研究;并探究在超聲外場(chǎng)的作用下超聲振動(dòng)頻率、功

3、率與工藝參數(shù)耦合作用對(duì)熔體粘性耗散的影響規(guī)律和作用機(jī)理。
　　首先，基于傳統(tǒng)注塑成型中聚合物熔體流動(dòng)基本方程，結(jié)合微注塑成型充模流動(dòng)特點(diǎn)，推導(dǎo)出了微尺度下關(guān)于壓力變化的粘性耗散數(shù)學(xué)模型;并以周期性變化的壓力場(chǎng)來(lái)代替超聲外場(chǎng)作用，建立了超聲振動(dòng)對(duì)微注塑成型過(guò)程中粘性耗散效應(yīng)數(shù)學(xué)模型。其次，應(yīng)用FLUENT軟件對(duì)PP和HDPE熔體以不同工藝參數(shù)，流經(jīng)不同截面尺寸矩形微通道時(shí)，由粘性耗散效應(yīng)引起的出口熔體溫升值進(jìn)行了數(shù)值模擬。最后，通過(guò)

4、自行設(shè)計(jì)搭建的超聲振動(dòng)微注塑實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在不同工藝參數(shù)和超聲參數(shù)下，由粘性耗散引起的微通道出口熔體溫升值進(jìn)行了測(cè)量。
　　實(shí)驗(yàn)及模擬結(jié)果均表明，微通道長(zhǎng)度一定時(shí)，隨著入口速度、溫度的增大及截面尺寸的減小，粘性耗散作用逐漸減弱。相同工藝參數(shù)下，提高超聲振動(dòng)功率和頻率均使得微通道中聚合物熔體流動(dòng)時(shí)粘性耗散作用增強(qiáng)，出口溫度升高。對(duì)比實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，熔體流經(jīng)微通道過(guò)程中，其出口熔體溫升是粘性耗散與通道壁面熱傳導(dǎo)綜合作用結(jié)果，實(shí)際粘性耗