中國(guó)報(bào)告大廳網(wǎng)訊，2025 年，注塑行業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用拓展方面取得了顯著進(jìn)展。隨著對(duì)注塑制品性能要求的不斷提高，注塑成型過(guò)程的多尺度模擬技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。這種技術(shù)結(jié)合了宏觀流動(dòng)模擬和微觀結(jié)構(gòu)分析，能夠有效預(yù)測(cè)和改善注塑制品中的缺陷，如熔接線和熔合線。本文通過(guò)對(duì)注塑成型充填流動(dòng)的多尺度模擬研究，探討了不同設(shè)計(jì)條件下熔接線和熔合線的微觀結(jié)構(gòu)特性及其對(duì)制品性能的影響，為注塑行業(yè)的質(zhì)量控制提供了新的思路。

  一、注塑成型中的多尺度模擬技術(shù)

  《十五五注塑行業(yè)發(fā)展研究與產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃分析預(yù)測(cè)報(bào)告》指出，注塑成型是一種廣泛應(yīng)用的高分子加工技術(shù)，其制品的宏觀性能和微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。近年來(lái)，多尺度模擬技術(shù)在注塑成型中的應(yīng)用逐漸受到關(guān)注。這種技術(shù)通過(guò)結(jié)合宏觀流動(dòng)模擬和微觀結(jié)構(gòu)分析，能夠在注塑成型過(guò)程中追蹤高分子鏈構(gòu)象的演變。本文提出了一種新的單向局部多尺度模擬方法，結(jié)合了改進(jìn)的光滑粒子動(dòng)力學(xué)(SPH)方法和聚合固定滑移鏈模型(CFSM)，用于注塑充填過(guò)程的模擬。

  二、注塑成型中的宏觀模擬方法

  (一)控制方程

  在宏觀尺度上，注塑充填流動(dòng)被視為等溫瞬態(tài)流動(dòng)問(wèn)題，高分子熔體被視為弱可壓縮廣義牛頓流體。連續(xù)性方程和動(dòng)量方程如下所示：

  ?t?ρρ?t?u=?ρ(??u)=??p+??(μ?u)其中，ρ 為密度，t 為時(shí)間，u 為速度，p 為壓強(qiáng)，μ 為動(dòng)力粘度。動(dòng)力粘度與剪切速率的關(guān)系采用 Cross 模型描述：

  μ(γ˙)=1+[τ?μ0γ˙]1?nμ0(二)改進(jìn)的 SPH 方法

  為了減少高粘度高壓力下的壓力非物理振蕩，本文在傳統(tǒng) SPH 離散格式中引入了低耗散 Riemann 求解器和核梯度修正。改進(jìn)后的控制方程 SPH 離散格式如下：

  dtdρi=ρij∑ρjmj(uij+ρcpi?pjrijxij)??icWij其中，i 和 j 代表粒子編號(hào)，uij 為兩粒子速度差，xij 為兩粒子位置差，ρ 和 c 為兩粒子物理量的平均值，Wij 為核函數(shù)。

  三、注塑成型中的微觀模擬方法

  (一)CFSM 模擬方法

  本文采用的 CFSM 是一種粗粒化版本的離散滑移鏈模型，主要關(guān)注高分子鏈之間的纏結(jié)作用。CFSM 模型參數(shù)可以通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)或擬合小幅震蕩剪切(SAOS)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到。CFSM 模擬的高分子鏈構(gòu)象演化基于概率，其在流動(dòng)過(guò)程中概率 P 的演化方程如下：

  ?t?P(Ω;t)=L[Ω;(?u(t))]P(Ω;t)(二)多尺度模擬求解流程

  本文使用單向多尺度方法，即宏觀模擬影響微觀模擬，但微觀模擬的統(tǒng)計(jì)應(yīng)力不傳回到宏觀。多尺度模擬求解流程如下：首先生成宏觀 SPH 模擬的初始流體粒子和邊界粒子，初始化其物理量和 SPH 模擬參數(shù)。對(duì)于每個(gè)參與微觀模擬的粒子，初始化一個(gè)包含 1000 條滑移鏈的 CFSM 模擬系綜。然后采用預(yù)估 - 校正時(shí)間積分更新宏觀 SPH 粒子的物理量。

  四、注塑成型多尺度模擬算例

  (一)圓環(huán)型腔(無(wú)尾部突出)

  本文模擬了兩種圓環(huán)型腔的注塑充填過(guò)程，一種無(wú)尾部突出，另一種有尾部突出。無(wú)尾部突出的圓環(huán)型腔在熔體流過(guò)障礙物后形成熔接線，而有尾部突出的型腔則部分熔接線轉(zhuǎn)變?yōu)槿酆暇€。模擬結(jié)果顯示，引入尾部突出可以減小熔接線區(qū)域長(zhǎng)度，改善制品的力學(xué)性能。

  (二)圓環(huán)型腔(有尾部突出)

  注塑行業(yè)現(xiàn)狀分析指出，有尾部突出的圓環(huán)型腔在熔體流過(guò)障礙物后，熔體流動(dòng)時(shí)間更長(zhǎng)，熔接線區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)特性得到改善。模擬結(jié)果顯示，有尾部突出的型腔中，熔接線區(qū)域的鏈段取向程度更高，取向角更小，微觀結(jié)構(gòu)特性更有利于高分子鏈的再纏結(jié)，從而改善力學(xué)性能。

  五、結(jié)論與展望

  本文通過(guò)將 SPH 方法與 CFSM 結(jié)合，建立了一種局部單向多尺度模擬的新方法，并用于注塑成型充填階段的模擬。通過(guò)對(duì)比無(wú)尾部突出和有尾部突出兩種圓環(huán)型腔的模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)引入尾部突出可以減小熔接線區(qū)域長(zhǎng)度，將部分熔接線轉(zhuǎn)變?yōu)槿酆暇€，從而改善制品的力學(xué)性能。未來(lái)，隨著計(jì)算能力的提升，多尺度模擬技術(shù)將更加廣泛地應(yīng)用于注塑行業(yè)的質(zhì)量控制和缺陷預(yù)防，為注塑制品的高性能化提供有力支持。

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