超聲對微熔體黏性耗散及對流換熱影響的研究.pdf

1、微機電系統(tǒng)(Microelectromechnical Systems，MEMS)技術(shù)及產(chǎn)品的快速發(fā)展，對微注塑成型制件的質(zhì)量要求越來越高。但聚合物微制件成型時因其整體或局部結(jié)構(gòu)尺寸微小，進(jìn)而引發(fā)的熔體流動時的黏性耗散、對流換熱、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，尤其是黏性耗散和對流換熱行為對熔體流動特性的影響，直接導(dǎo)致熔體充模流動時的黏度及流場速度的變化，進(jìn)而影響微模具型腔的填充質(zhì)量。
　　本文基于對微注塑成型

2、過程的熔體流動特性及影響熔體流動的微尺度因素的深入分析，提出采用理論分析、數(shù)值模擬和成型試驗相結(jié)合的方法，研究微尺度通道中聚合物熔體流動時的黏性耗散和對流換熱行為及其耦合作用對熔體流動的影響。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的特點，分析了有無超聲外場作用時，微通道中熔體流動時的黏性耗散和對流換熱行為及其對熔體流動特性的影響，建立了考慮超聲外場作用的黏性耗散數(shù)學(xué)模型。同時應(yīng)用POLYFLOW軟件對不同聚合物熔體在不同工藝

3、參數(shù)作用下，流經(jīng)長度12mm，截面尺寸為300×300μm的正方形微通道時的黏性耗散和對流換熱行為進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明，黏性耗散作用明顯強于對流換熱。
　　應(yīng)用超聲輔助振動微注塑模具，采用單因素成型試驗方法，對PP、HDPE、POM和ABS四種聚合物材料，在施加與不加超聲外場作用時，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的黏性耗散和對流換熱引起的微通道出、入口熔體溫度差進(jìn)行了試驗測量。結(jié)果顯

4、示，無論有無超聲外場作用，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，施加超聲振動時的微通道出、入口熔體溫差值高于不加超聲振動。而微通道截面尺寸及工藝參數(shù)和超聲功率一定時，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作用可使微通道中熔體流動時的黏性耗散效應(yīng)明顯增強，