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一、引言

塑料注射模的澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注塑機(jī)噴嘴到模具型腔之間所流經(jīng)的通道，其作用是將塑料熔體從注塑機(jī)噴嘴處平穩(wěn)地引入模腔。典型的澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴等四部分組成。對于多型腔注射模，若各個型腔能夠同時充滿，則稱這個澆注系統(tǒng)是平衡的，又稱自然平衡澆注系統(tǒng)，否則，就是非平衡澆注系統(tǒng)。自然平衡澆注系統(tǒng)簡稱為平衡澆注系統(tǒng)，它是通過流道的幾何結(jié)構(gòu)保證分流道至各澆口的幾何參數(shù)完全相等來實(shí)現(xiàn)的。非平衡澆注系統(tǒng)一般是由于各型腔分流道的長度無法做得相等而導(dǎo)致澆注系統(tǒng)的不平衡， 一般需通過人工干預(yù)的方法，調(diào)整分流道和澆口的相關(guān)幾何參數(shù)或通過調(diào)整注射成型工藝參數(shù)(如注射的壓力、溫度和時間等) 等來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平衡的，故又稱為人工平衡澆注系統(tǒng)。其中，前者可稱為幾何參數(shù)平衡法，后者可稱為工藝參數(shù)平衡法。一般多用幾何參數(shù)平衡法，因其調(diào)整范圍較大。

圖1 所示是某衣夾注射成型的三維幾何模型。該模型為一模24腔，塑件材料為聚丙烯(PP) ，在250g注塑機(jī)上注射成型。從圖中可以看出，該模型的澆注系統(tǒng)是一個相同制品非平衡澆注系統(tǒng)，有兩級分流道，潛伏式澆口。主流道是典型結(jié)構(gòu)，小端直徑D1由噴嘴直徑而定，錐角2α取2°～6。，大端直徑D2由主流道長度L和錐角確定。分流道的斷面可以是圓形、梯形、U形、半圓形等。

二、澆注系統(tǒng)的流變學(xué)分析

1、假塑性流體的流變學(xué)性質(zhì)

從塑料流變學(xué)知識可知，注射成型過程中熔體的流動基本屬于假塑性流體流動，其熔體流動符合以下指數(shù)規(guī)律：

其中，ηa 為熔體的表觀黏度，其表達(dá)式為：

式中，τ為熔體流動時相鄰液層間的剪應(yīng)力；為剪切速率； n 為非牛頓指數(shù)，假塑性流體的n < 1 ；K和k為與聚合物和溫度有關(guān)的常數(shù)，K反映聚合物熔體的黏稠性， 稱為稠度系數(shù)，而k 反映聚合物熔體的流動性，稱為流動系數(shù)，K和k的關(guān)系為K= (1/ k)n ，ηa 與K和k 有一定的關(guān)系，ηa 越大，則K越大，k 越�。� m 是熔體的流動指數(shù)，且m=1/n。從(1) 、(2) 式可以看出，τ與和ηa 與均呈指數(shù)規(guī)律變化，增加，τ增加，而增加，ηa 減小。

2、剪切速率的變化范圍

根據(jù)測定，ηa與的取值范圍有關(guān)。在低剪切速率( < 100/s) 區(qū)，熔體呈現(xiàn)牛頓流體性質(zhì)，表觀黏度ηa 較小，且的變化對ηa 的影響較大，注射過程難以進(jìn)行和控制。而高剪切速率( >100000/s) 區(qū)，熔體的表觀黏度ηa 下降很大，并失去與的依賴關(guān)系，呈現(xiàn)出不再降低的趨勢，同時，熔體的流動陷入一種紊亂流動，出現(xiàn)熔體破裂現(xiàn)象，使得塑件質(zhì)量顯著下降。以上2種情況都是注射成型過程中應(yīng)當(dāng)避免的情況。因此，注射成型過程中熔體的剪切速率應(yīng)控制在100 ～100000/s，公式(1) 、(2) 描述的便是該區(qū)間熔體流動的流變學(xué)規(guī)律。

3、澆注系統(tǒng)中剪切速率的選擇

應(yīng)當(dāng)注意到熔體流動時的表觀黏度ηa 不僅與 有關(guān)，還與熔體的溫度和壓力有關(guān)，其關(guān)系為溫度增加，ηa 減小，壓力增加，ηa 增加。在剪切速率 的選擇時必須考慮溫度和壓力的影響。在澆注系統(tǒng)中，主流道、分流道和澆口三部分中的選擇所考慮的問題是不一樣的。

主流道一般為圓錐形，其結(jié)構(gòu)參數(shù)主要受注塑機(jī)噴嘴和模具結(jié)構(gòu)與加工等因素的影響，結(jié)構(gòu)參數(shù)較為固定，這一段一般僅需校核一下在100～100000/s 即可。

分流道主要是用于溝通主流道與澆口之間的通道，這段流道的一般取偏小值，這主要考慮到以下因素。首先，這段流道離主流道較近，溫度稍高。

其次，這段流道若取偏大值，只能是提高注射速度或減小流道面積，前者注塑機(jī)難于實(shí)現(xiàn)，后者壓力損失太大，也不可取。第三，澆口處的較大，所以分流道區(qū)段的一般取100～1000/s 即可。

澆口必須保證熔體能夠可靠的填充型腔，并在一定的時間后能夠及時地凝結(jié)澆口繼續(xù)保壓。這段流道的值一般取偏大值，其考慮的因素是，第一，要可靠填充，其熔體黏度就必須盡可能低，而高的值可以有效降低熔體黏度。第二，要及時地凝結(jié)澆口，則澆口面積就必須小， 而在流量一定時，截面積的減小必然導(dǎo)致流速增加和剪切速率提高。第三，澆口已經(jīng)是分流道的末端，溫度損失已較大，高的值有利于熔體溫度的提高，對型腔內(nèi)熔體的充滿和熔接痕處的聯(lián)結(jié)牢固是有幫助的。因此，澆口處的剪切速率值一般取10000～100000/s。

2. 4 澆注系統(tǒng)中壓力降的分析

假塑性流體在圓形截面流道中流動時的壓力降Δp和體積流量qV的計(jì)算式為：

式中，L為流道的長度，R為圓截面流道的半徑， k′為熔體在圓截面中流動時的表觀流動系數(shù)，k′= 4/ ( m + 3) k，其余參數(shù)同前。

從公式(3)可以看出，

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