喷嘴传导加热技术分析与优化

如图4-10所示，热流道的热量通过铍青铜制造的导流梭传递到喷嘴的浇口。这种喷嘴不用线圈加热，结构简单（见图4-10）。需要预测浇口区的温度，以保证在注射压力和热力下启闭浇口。传热喷嘴是节能的低成本热流道系统中值得一提的装置。

如图4-10所示，热量从流道板传递到导流梭，又通过导流梭传热至浇口。距流道板底为x的截面位置的温度分布由式（4-14a）计算：

式中 T_x——考察位置x处的温度（℃）；

T_s——流道板温度（℃）；

T_m——模具温度（℃）；

l——导流梭长度（mm）；

u——喷嘴轴线上热传导计算系数（mm^-1），，其中λ_p为塑料熔料的热导率[W/（m·K）]，λ_t为导流梭材料的热导率[W/（m·K）]，d_t为导流梭直径（mm），δ为喷嘴环隙流道的单向间隙（mm）。

图4-10 热传导喷嘴的热量传递和温度梯度

1—流道板 2—衬套 3—导流梭 4—定模板 5—浇口

对照图4-11，导流梭长l=54mm，直径d_t=10mm，环隙流道的单向间隙δ=5mm，塑料熔料的热导率λ_p=0.31W/（m·K），铍青铜导流梭的热导率λ_t=197W/（m·K）。求得喷嘴轴线上热传导计算系数为

图4-11上的流道板温度T_s=210℃，模具温度T_m=60℃，代入式（4-14a）预测浇口区位置x=50mm的温度，有

图4-11所示为在两种模具温度下，流道板温度T_s沿铍青铜CuCoBe导流棱热传导下的温度分布T_x。图4-12所示为流道板温度T_s沿纯铜导流棱热传导下的温度分布T_x。从图4-11和图4-12可知，流道板间接加热的喷嘴的设计要点如下：

1）导流梭的长度l应尽可能短些。通过温度的预测计算，保证浇口区正常的热力闭合。

2）导流梭的直径d_t和塑料熔体宽度d的乘积要尽可能大些。

3）纯铜导流梭的热传导性能比铍青铜好。它们的压缩强度差，要用钢衬套承压。

4）纯铜或铍青铜导流梭表面必须化学镀镍或沉积氮化钛。对PP和POM塑料，更要保护整个导流梭，防止化学反应。

图4-11 流道板温度T_s沿铍青铜CuCoBe导流棱热传导下的温度分布Tx

a—模具温度T_m=120℃ b—模具温度T_m=60℃(www.xing528.com)

图4-12 流道板温度T_s沿纯铜导流棱热传导下的温度分布Tx

a—模具温度T_m=120℃ b—模具温度T_m=60℃

图4-13所示的侧孔针尖的热传导喷嘴用于一模四喷嘴的热流道系统，结构简单且节能。塑料熔体从喷嘴中央管道输送。喷嘴芯管用铍青铜制造。喷嘴外壳有空气绝热层，改善了热平衡。参照式（4-14a），当x=l时，浇口区温度为

式中，T_s、T_m、λ_p和l含义同前，其中喷嘴轴线上热传导计算系数对于图4-13有新含义，即

式中 λ_o——空气的热导率[0.04W/（m·K）]；

d_t——喷嘴柱芯直径（mm）；

δ_o——空气隙的厚度，mm；

λ_t——喷嘴并连材料钢套、铍青铜管和塑料柱的复合热导率[W/（m·K）]，λ_t=λ₁φ₁+λ₂φ₂+λ₃φ₃，其中λ₁为钢的热导率[H13的热导率为26W/（m·K）]，λ₂为铜的热导率[CuBe的热导率为113W/（m·K）、CuCoBe的热导率为197W/（m·K）、纯铜的热导率为397W/（m·K）]，λ₃为塑料熔体的热导率[POM的热导率为0.31W/（m·K）、PP的热导率为0.2W/（m·K）]，φ₁、φ₂、φ₃为钢套、铍青铜管和塑料柱的体积分数。

根据图4-13所示的针尖热传导喷嘴的各层直径、传热方向的截面积分数、钢套的体积分数φ₁=0.7696、铍青铜管的体积分数φ₂=0.1728、塑料柱的体积分数φ₃=0.0576，可得并连钢套、铍青铜管和塑料柱的复合热导率

λ_t=λ₁φ1+λ₂φ₂+λ₃φ₃=[26×0.7696+113×0.1728+0.31×0.0576]W/（m·K）=39.56W/（m·K）

将其代入喷嘴轴线上热传导计算系数公式，得

将流道板温度T_s=210℃、模具温度T_m=60℃、喷嘴长l=22mm及喷嘴轴线上热传导计算系数u=0.008994mm^-1代入式（4-14b），可得浇口区温度T_l=207℃。

根据以上计算，可以看出，传导加热的喷嘴设计原则如下：

1）喷嘴长l应该尽可能短些。

2）喷嘴轴线上热传导计算系数u应该尽可能小些。空气热导率[λ_o=0.04W/（m·K）]对模具温度绝热作用明显。复合热导率λ_t应大些。使用热导率大的材料，传热面积要大。

图4-13 导热喷嘴和流道板

1—止转销 2—承压圈 3—主流道喷嘴 4—流道板 5—中心定位销 6—侧孔针尖喷嘴