超聲對(duì)微熔體黏性耗散及對(duì)流換熱影響的研究.pdf

1、微機(jī)電系統(tǒng)(Microelectromechnical Systems，MEMS)技術(shù)及產(chǎn)品的快速發(fā)展，對(duì)微注塑成型制件的質(zhì)量要求越來(lái)越高。但聚合物微制件成型時(shí)因其整體或局部結(jié)構(gòu)尺寸微小，進(jìn)而引發(fā)的熔體流動(dòng)時(shí)的黏性耗散、對(duì)流換熱、壁面滑移、表面張力及雙電層效應(yīng)等因素的作用明顯增強(qiáng)，尤其是黏性耗散和對(duì)流換熱行為對(duì)熔體流動(dòng)特性的影響，直接導(dǎo)致熔體充模流動(dòng)時(shí)的黏度及流場(chǎng)速度的變化，進(jìn)而影響微模具型腔的填充質(zhì)量。
　　本文基于對(duì)微注塑成型

2、過(guò)程的熔體流動(dòng)特性及影響熔體流動(dòng)的微尺度因素的深入分析，提出采用理論分析、數(shù)值模擬和成型試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究微尺度通道中聚合物熔體流動(dòng)時(shí)的黏性耗散和對(duì)流換熱行為及其耦合作用對(duì)熔體流動(dòng)的影響。首先依據(jù)聚合物流變學(xué)理論并結(jié)合微尺度通道中熔體流動(dòng)的特點(diǎn)，分析了有無(wú)超聲外場(chǎng)作用時(shí)，微通道中熔體流動(dòng)時(shí)的黏性耗散和對(duì)流換熱行為及其對(duì)熔體流動(dòng)特性的影響，建立了考慮超聲外場(chǎng)作用的黏性耗散數(shù)學(xué)模型。同時(shí)應(yīng)用POLYFLOW軟件對(duì)不同聚合物熔體在不同工藝

3、參數(shù)作用下，流經(jīng)長(zhǎng)度12mm，截面尺寸為300×300μm的正方形微通道時(shí)的黏性耗散和對(duì)流換熱行為進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明，黏性耗散作用明顯強(qiáng)于對(duì)流換熱。
　　應(yīng)用超聲輔助振動(dòng)微注塑模具，采用單因素成型試驗(yàn)方法，對(duì)PP、HDPE、POM和ABS四種聚合物材料，在施加與不加超聲外場(chǎng)作用時(shí)，以不同熔體溫度、模具溫度、注射壓力和注射速度，流經(jīng)不同尺寸矩形截面微通道時(shí)的黏性耗散和對(duì)流換熱引起的微通道出、入口熔體溫度差進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)量。結(jié)果顯

4、示，無(wú)論有無(wú)超聲外場(chǎng)作用，四種材料的微通道的出、入口熔體溫差值均隨注射壓力和注射速度的增加而增大，隨熔體溫度和模具溫度的升高而減小。同時(shí)，施加超聲振動(dòng)時(shí)的微通道出、入口熔體溫差值高于不加超聲振動(dòng)。而微通道截面尺寸及工藝參數(shù)和超聲功率一定時(shí)，聚合物的分子結(jié)構(gòu)和熱物理性能不同，其微通道出、入口的熔體溫差值明顯不同;但增大超聲功率均可使其微通道出、入口的熔體溫差值進(jìn)一步增大。這表明施加超聲外場(chǎng)作用可使微通道中熔體流動(dòng)時(shí)的黏性耗散效應(yīng)明顯增強(qiáng)，