第 5 部分 用于注塑分析的材料数据

内容

1.首先

2.材料数据（流变性能、热性能、PVT性能、收缩性能、材料性能）

3.用于填料补强

4. 总结

介绍

射出成形のシミュレーションにおいて、その解析精度は材料データの正確性に大きく左右されます。一般に解析ソフトのデータベースに登録されている材料特性データを基にして計算することになりますが、その材料データの信頼性には注意が必要です。 解析ソフトには材料データの測定レポートが付属しているので、初めての解析を行う前には測定レポートの信頼性が十分であるか検討する必要があります。 本記事では、射出成形シミュレーション（流動解析）に使用されている材料データの項目や内容について解説します。

材料数据

■ 流变性能

流变学是对物体变形和流动现象的研究。流变学涉及固 体和液体之间的中间性质。
由于树脂是由具有粘弹性的高分子材料组成，在低温或高速条件下硬而脆，在高温或低速条件下又粘又软，容易产生永久变形。
粘度代表流体的粘性。粘度高则粘稠，不易流动；粘度低则光滑，易流动。流变学对于处理粘度是必要的。另外，剪切率（剪切率）是表示施加于物体的应变量的值。

・粘度数据

图 1 显示了剪切速率依赖性（流动曲线），纵轴为粘度，横轴为剪切速率。在CAE分析中用于评价材料的粘度。树脂具有熔体粘度的温度依赖性和剪切速率依赖性。换句话说，由于粘度随剪切速率和温度而变化，因此流动的难易程度随树脂如何流动而变化，这是评价成型性所必需的。

・MFR（熔体质量流量）

熔体质量流动速率是评价熔融塑料流动性的数值。测量方法是将熔融塑料装入筒体，在恒温恒载条件下，用活塞将其推出模具（喷嘴），测量10分钟排出的质量。数字越大，熔融时的流动性越高，表示容易流动（成型性好）。

​进行比较时必须小心，因为测量时的温度和负载可能因材料数据中的树脂类型而异。低剪切区的流动性与实际成型时的数据进行对比研究具有重要意义。

 

■ 热性能（thermal properties）

不同类型的塑料具有不同的热性能。此外，我们还必须考虑它随温度而变化。

·比热

比热是提高单位质量物质的单位温度所需的热量（能量）。是表示物体的“升温难易度”和“降温难易度”的指标，影响温度变化的快慢。
测量方法为国际标准《ISO11357-4塑料-差示扫描量热法（DSC）》。

・转变温度

树脂的物理性能不随温度成正比变化，但具有在特定温度范围内材料性能急剧变化的特性。发生突然变化的温度范围称为转变温度，特别是将熔融态转变为固态（玻璃态）的温度称为玻璃化转变温度。 （第 2 部分塑料 CAE 的要点“1. 塑料的类型 [热塑性塑料]”）​
测量方法为国际标准《ISO11357-3塑料-差示扫描量热法（DSC）》。

・射出温度

成型品可以从模具中取出的温度。冷却后，用顶针取出成型品，但如果温度下降不充分，则有变形的危险。

·导热系数

导热系数是表示单位长度和单位温度的热传递速率的值。导热系数越高，越容易导热。一般来说，树脂的导热系数较低，但在将树脂熔融并注入模具的成型过程中，导热系数会影响成型性。塑料具有温度依赖性，其中热导率围绕熔化温度和结晶温度变化，这是 CAE 分析中的一个重要因素。
测量方法为国际标准《ISO22007-2瞬态平面热源（热盘）法》。

■ PVT特性

注塑树脂时，树脂在高温高压下被注入冷模具中，并迅速冷却至固态。此时，由于冷却而发生体积减小（收缩）。这种在冷却过程中的行为变化 [P（压力）- V（体积）- T（温度）] 关系称为 PVT 特性。树脂成型时的收缩不仅会影响尺寸精度，还会因收缩不均匀而导致缩痕、翘曲等成型不良。

PVT特性测量方法有活塞法和水银法。在活塞法中，将熔融树脂置于样品管中并用活塞加压，此时压力和温度变化相对于比容进行测量。在这种方法中，由于收缩可能会出现间隙，因此有时会使用密封液法（水银法），将水银封装起来，对样品施加静水压力。

■ 收缩性能

PVT 特性导致树脂收缩，但收缩不均匀。收缩率的变化会导致成型缺陷，例如缩痕、翘曲和变形。成型收缩率因成型品的厚度、形状等各种因素而异。
因此，收缩特性是通过将获得的体积收缩率分类为面内收缩率和板厚收缩率、流动方向和流动垂直方向来提高树脂收缩分析的准确性的数据。

■ 材料特性

物理特性是材料的物理特性。了解密度和比重等物理特性对于选择塑料材料非常重要。
在 CAE 分析中，在检查材料应力时特别需要杨氏模量和泊松比。

·杨氏模量

杨氏模量也称为纵向模量（伸长模量）。它是在对物体进行拉伸试验时，表示物体应力与应变关系的系数。

・泊松比

泊松比是当对物体施加力时在纵向和横向上发生的应变之比。由于杨氏模量是纵向（拉伸方向）的模量，横向可以从泊松比求得，可以得到物体的应力、应变等材料的物理性质。变化率因材料而异。在CAE分析中需要进行强度计算等。

・线膨胀系数

线膨胀系数是物体在温度变化时单位长度的膨胀和收缩率。
物体在温度变化时会膨胀或收缩。由于应力的程度因材料而异，因此通过接合不同材料制成的部件的膨胀和收缩量的差异会产生热应力，从而导致变形和裂纹。在设计树脂与金属或不同类型树脂粘合的零件时，必须考虑线性膨胀系数。

用于填料增强

填料也称为填料，通过将其添加到树脂中并混入，具有提高强度和耐热性等效果。碳纤维和玻璃纤维等纤维基填料是典型的例子。添加纤维基填料可降低成型收缩率和线性膨胀系数。另一方面，纤维更可能沿流动方向取向，其性能发生变化，如各向异性增加。

·比率

物理性能也会根据树脂中混合的填料量而变化。填料含量越高，功能性（导电性、导热性等）越高，但成型性有下降的趋势，加工也变得越困难。
重要的是要知道您使用的材料中有多少填料。

·纵横比

必须考虑棒状和片状填料的纵横比。
纵横比是指长轴与短轴之比，填充物的纵横比越高，具有性能越高的倾向。另一方面，也存在填料容易凝聚的缺点。

概括

使用新树脂时，重要的是在分析之前检查材料数据。正确了解材料数据库并能够正确阅读性能表是选择合适材料的捷径。
在 CAE 分析中也是如此，可用的信息越合适，分析就越准确。确认材料数据库中的数据是否正确，对于提高分析的准确性也很重要。充分利用材料数据库，并将其应用到产品设计中。

下一部分：“如何使用输出结果”​