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。

  中國(guó)報(bào)告大廳網(wǎng)訊，說到注塑我們肯能很陌生，注塑從宏觀上來(lái)說是屬于制造業(yè)的。注塑可以分類三個(gè)大類，其中成型注塑的應(yīng)用相對(duì)來(lái)說比較廣泛，近些年我國(guó)的注塑機(jī)出口價(jià)格持續(xù)下行。以下是2022年注塑行業(yè)定義及分類。

  注塑是一種工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)造型的方法。產(chǎn)品通常使用橡膠注塑和塑料注塑。注塑還可分注塑成型模壓法和壓鑄法。注射成型機(jī)(簡(jiǎn)稱注射機(jī)或注塑機(jī))是將熱塑性塑料或熱固性料利用塑料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要成型設(shè)備，注射成型是通過注塑機(jī)和模具來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

  注塑行業(yè)定義及分類提到，注塑分為橡膠注塑和塑料注塑以及成型注塑三大類：1、橡膠注塑：橡膠注射成型是一種將膠料直接從機(jī)筒注入模型硫化的生產(chǎn)方法。橡膠注塑的優(yōu)點(diǎn)是：雖屬間歇操作，但成型周期短，生產(chǎn)效率高取消了胚料準(zhǔn)備工序，勞動(dòng)強(qiáng)度小，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)異。

  注塑行業(yè)定義及分類顯示，2、塑料注塑：塑料注塑是塑料制品的一種方法，將熔融的塑料利用壓力注進(jìn)塑料制品模具中，冷卻成型得到想要各種塑料件。有專門用于進(jìn)行注塑的機(jī)械注塑機(jī)。目前最常使用的塑料是聚苯乙烯。

  注塑行業(yè)定義及分類顯示，3.成型注塑：所得的形狀往往就是最后成品，在安裝或作為最終成品使用之前不再需要其他的加工。許多細(xì)部，諸如凸起部、肋、螺紋，都可以在注射模塑一步操作中成型出來(lái)。

  近年來(lái)，隨著中國(guó)在注塑機(jī)行業(yè)技術(shù)的不斷突破，中國(guó)注塑機(jī)進(jìn)出口貿(mào)易一直處于貿(mào)易順差的局面。在出口方面，據(jù)注塑行業(yè)定義及分類相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2015年以來(lái)，我國(guó)注塑機(jī)出口規(guī)模呈現(xiàn)震蕩上行走勢(shì)，2021年，全國(guó)注塑機(jī)出口量為49294臺(tái)，同比下降31.6%;出口額為16.93億美元，同比增長(zhǎng)39.6%。

  從注塑機(jī)產(chǎn)品出口價(jià)格走勢(shì)來(lái)看，2015年以來(lái)，我國(guó)注塑機(jī)產(chǎn)品出口價(jià)格呈現(xiàn)震蕩下行走勢(shì)，2018年，全國(guó)注塑機(jī)產(chǎn)品出口均價(jià)為1.6萬(wàn)美元/臺(tái)，為近年最低，隨后價(jià)格出現(xiàn)反彈，到2021年，全國(guó)注塑機(jī)產(chǎn)品出口均價(jià)為3.44萬(wàn)美元/臺(tái)，較上年同期提升明顯。

  注塑主要應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，是工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)造型的方法，隨著注塑市場(chǎng)的發(fā)展我國(guó)的注塑機(jī)行業(yè)技術(shù)也在不斷提升。