Moldex3D模流剖析资料性质与模型之热塑资料黏度模型

日期:2024-01-21 来源:水溶性聚氨酯注浆液

  •根本理论及原理,包含充填、保压、冷却、翘曲、纤维、反响型资料及气体辅佐射出等各项模块。

  资料的模型是用来显现高分子或塑料资料在许多不同的情况下所显现的特性,有了这些模型,Moldex3D便能够依程序改变进程加以核算其动态改变景象。一般来说,塑料资料共分两种,其一为热塑性,另一种则为热固性。对热塑性资料而言,咱们一定要了解其黏度、压力-比容-温度特性 (在不同压力及温度下的比容)、热传导性、比热及机械性质。至于热固性资料,则需知道其在上述这些根本性质中的反响特性。为进一步阐明此等特性,咱们将评论热塑性资料;并评论热固性资料。别的,Moldex3D可供运用者自行输入所需的参数,因此,用户有必要当心留意单位换算以防止发生剖析上的问题。下表为在Moldex3D中常用的单位换算表。

  注:Moldex3D 答应运用者自行输入资料参数,用户有必要当心留意单位换算以防止发生剖析上的问题。

  黏度为流体本质上想反抗活动的指数。一般小分子之简易流体 (Simple fluids),如水、油等,其黏度在常温下一般为一个常数值,这些流体被通称为牛顿流体。但是,对热塑性塑料资料而言,它们的黏度特性很杂乱且常出现非线性。不若简易流体,热塑性资料的黏度性质取决于其化学结构、成分及制作条件。若对一给定化学结构及方程式的热塑性资料而言,其黏度特性则和温度、剪应变速率及压力有较大联系。为了解热塑性资料的黏度特性,咱们应该别的界说剪应力、剪应变速率及黏度之联系。

  显现简易之剪切活动 (Simple shear flow) 的界说,这中心还包含剪应力、剪应变速率及黏度之联系。其间移动平板供给流体于两平行板间活动之动能。当活动趋于稳态时,其速度梯度是线性的。因此咱们可得到以下界说:

  其间τ是剪应力,而是剪应变速率。一般来说,高的剪应变速率代表沿厚度方向有较大的流速改变。

  黏度η升高则表明流体遭到较大的阻力;反之则具有较小的阻力。大部分热塑性资料的黏度曲线与剪应变速率具有类似的相关性。

  在低剪应变速率情况下,黏度近乎为一个常数值,此区即所谓的”上牛顿区域” (Upper Newtonian Region)。一般,高分子的键结会随剪应变速率的升高而趋向规整的摆放,所以黏度便会相对地下降,故这个区间又称为”剪切变稀区域” (Shear Thinning Region)。而当简直一切高分子键结都规整摆放时,黏度会变得对剪应变速率一点也不灵敏,此区即称为”下牛顿区域” (Lower Newtonian Region)。在大部分的高分子中都能够调查到上牛顿区域及剪切变稀区域的现象 (但LCP可能是个破例),而下牛顿区域在大部分的热塑性资料中就不那么显着了,由于在极高的剪应变速率一般已形成分子的裂化。

  别的,热塑性资料的黏度和温度有激烈的联系,一般当温度上升时黏度会显着的下降。为揣摩黏度和温度的联系,现在为咱们所广泛承受的有两大温度依存模型:阿瑞尼士(指数型) 模型 (Arrhenius (Exponential) model) 及William-Landel-Ferry (WLF) 模型。为进一步揣摩黏度和剪应变的联系,针对热塑性资料有许多不同的数学模型能运用,以下是在Moldex3D中可支撑的各种模型:

  牛顿流体是假定其黏度与温度及剪应变速率两者无关,具有最简略的数学方式,但根本上此模型无法解释热塑性资料的非线性特征,故咱们一般不主张运用此模型来仿真热塑性资料。当然,此模型有利之处在于能够敏捷查看网格模型,且其近乎常数的黏度能够使得指令周期快上许多。

  Power-law模型是疏忽上牛顿区域的模型,其黏度与剪应变速率的联系能够被简化成一个 power-law (幂次律)方程式。若以此模型来仿真热塑性资料,则可能会过度预估其低剪应变速率区域的黏度。

  其间n为power-law 的幂指数,其值介于 0 到 1 之间;Tb代表该资料的温度灵敏度;T为熔点温度(K);是指当剪应变速率趋近于零时之黏度值,而 B 为对应之常数。此模型是一个包含三个参数,可反映其在中到高剪应变速率下,黏度的log-log函式图形将是近乎一直线的。事实上,现在常用之许多模型都是由此模型推导出来的。

  其间D是调整压力对粘度影响的压力参数;C剪切率参数;n 为power-law的幂指数。

  此模型类似于Cross模型1,也是用以表征在上牛顿区域及剪切变稀区域对剪应变速率的相关性。但是,此模型因可包含较广大分子量散布(BMWD),故更适合用于热塑性资料,由于市面上可得的林林总总之资料,一般都具有广大分子量散布,所以此模型于Moldex3D数据库中被广泛地运用。别的又因此模型对温度效应选用指数型模型,因此此模型又称为 Cross-Exp 模型。

  其间τ*代表牛顿区域及剪切变稀区域间剪切应力的转化;n为power-law的幂指数。

  其间剪切相关的参数均与Modified Cross Model (2) 相同。Cross-WLF模型一般在低温时能加以批改黏度特性,具有较高的准确性,尤其是在温度不高于Tg+100oC时,Cross-WLF模型所仿真出来的成果一般比Cross-Exp的成果好得多。

  其间η0代表剪切率为0时的粘度,而τ*代表牛顿区域及剪切变稀区域间剪切应力的转化;n为power-law 的幂指数。

  此模型描绘上牛顿区域、剪切致稀区域及第二牛顿高区 (secondary Newtonian plateau)的剪切率相关性。

  η∞代表剪切率无限大时的粘度;a是表明从0剪切率到幂次区域转化的无因次值;其他参数均与Modified Cross 模型 (2) 相同。

  此模型描绘常见于高度充填或高纤维含量的复材的降伏应力行为。有降伏应力的资料直到施加的应力超越降伏应力τy之前都无法活动。如下所示,模型的第一项是降伏应力影响的粘度,而第二项则描绘了高分子资料的剪切致稀效应:’

  Modified Cross 模型 (3) 是最为常用来仿真塑料融流的模型,既能够描绘牛顿区域也能描绘剪切致稀区域,而且其适用的温度区间相当大而灵敏(WLF方程)。除此以外,有含量填料的资料会有显着的降伏应力行为,所以主张运用Herschel-Bulkley 模型。

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