径为3mm的针尖式浇口下的压力损失对比针尖式浇口：热针尖防冻，精度要求高

时间：2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：热针尖用来提高浇口区熔体的温度，防止梗塞性的冻结。注射生产喷嘴，要求针尖在浇口套的成型面上，有较高的精度。理想状态是针尖式浇口的轴线应垂直于制品表面。针尖式的环隙浇口有较大的压力损失。导流梭的针尖式浇口比侧孔筒式针尖浇口压力损失要更大。表5-10列出了PE和PC两种物料，在两种顶针尖位置，在浇口直

1.针尖式浇口的热力闭合

（1）影响浇口的热力闭合的因素针尖式浇口的口径常用0.4～2.5mm。塑料熔体在高压下以剪切速率5×10⁴s^-1射出，熔体黏度很低，经模具冷却后，在针尖与圆锥洞口间形成环形皮塞。

1）浇口的热力闭合与塑料材料。图5-33所示为针尖式浇口的热闭合状态。热针尖用来提高浇口区熔体的温度，防止梗塞性的冻结。恰当调节顶针尖的位置，能防止熔料拉丝。无定形塑料停止注射后，在浇口壁上形成了皮塞，如图5-33a所示。在临近热针尖处是高弹性的不完整热皮层，属于松弛的热闭合。在注射压力下，皮塞容易被涌出和熔融，在正常生产中，不会出现浇口堵塞。当浇口区温度过高时，浇口闭合不良，会出现拉丝或尖刺。图5-33b所示为结晶型塑料的节流热闭合。停止注射后，浇口壁上的皮层和热针尖之间存在缝隙，会滞留黏度较高的熔体。结晶型塑料需要针尖提供恒定的热流，防止冻结和梗塞。图5-33c所示的针尖是敏捷的加热零件，它能降低熔体黏度。突出的针尖能有效防止拉丝。

图5-33 针尖式浇口的热闭合状态

a）无定形塑料的松弛闭合 b）结晶型塑料的节流热闭合 c）热针尖防止拉丝

2）浇口里针尖的位置。图5-34所示的浇口里针尖的轴向位置与热力闭合的关系密切。注射生产喷嘴，要求针尖在浇口套的成型面上，有较高的精度。图5-34b所示的针尖退缩到浇口里，针尖的节流和传热作用减弱，使闭合容易，但是，在注射压力下冲开塑料皮膜难，容易出现拉丝，还使得浇口遗留料头升高。图5-34c所示的针尖伸入成型面，圆环间隙S变小，浇口中输送熔体被节流，剪切应力增大，间隙过小时塑料熔体会出现分解，还会使保压补缩无效。为了获得针尖与浇口间的正确位置，对于室温的装配位置应该计入针尖伸长的热补偿。在热流道多喷嘴注射时，如果许多个浇口里针尖的轴向位置误差很大，会导致浇注失败。

图5-34 浇口里针尖的轴向位置

a）正确位置 b）针尖退缩 c）针尖延伸

图5-35所示为针尖与浇口孔。图5-35a说明浇口应该是圆锥孔，而不是圆柱孔。因为锥孔浇口能较方便调节斜度，有利于扩大圆环隙通道。如果是圆柱孔的浇口，加工扩大后，环隙面积增加不多，而浇口高度却增大了。图5-35b说明要注意针尖与浇口的同轴度。如果错位，会影响环隙截面上均匀充模流动，会产生单向的节流，还增加浇口的实际高度。

3）浇口与注塑件。针尖式浇口位置如果在制品的斜面上，会使浇口冻结不稳定，还会形成较大的浇口凝料。应按图5-36b和c所示做修正。理想状态是针尖式浇口的轴线应垂直于制品表面。与注射模分型面斜置的分喷嘴需要三维的流道板。

图5-35 针尖与浇口孔

a）浇口截面的调节 b）浇口与针尖的同轴度 S₁、S₂—调节前、后的环隙间隙

图5-36 针尖式浇口与模塑件表面的关系

a）不能有倾斜位置 b）修正斜面 c）修正斜面 d）理想关系

针尖式浇口浇注在注塑件的大平面上，浇口周围塑料冷却不均匀，常有斑纹和银纹出现。浇口端面设计如图5-37所示的凸起，能阻缓塑料的冷却，改善固化质量。注塑件平面上的凹坑在注塑件表平面下容纳了浇口残留物。

图5-37 浇口凸起的应用示例

4）浇口的压力损失。针尖式的环隙浇口有较大的压力损失。针尖减小了浇口的流道截面，在相同的浇口面积下，浇注PA6塑料，针尖式浇口的压力降比直接浇口要大40%～50%。另外，针尖与浇口位置也影响环隙浇口的压力降。导流梭的针尖式浇口比侧孔筒式针尖浇口压力损失要更大。表5-10列出了PE和PC两种物料，在两种顶针尖位置，在浇口直径为1mm和1.8mm的浇口里斜环隙的压力降。

表5-10 环隙浇口的压力损失

（2）针尖式浇口痕迹与直接浇口相比，针尖式浇口的热力闭合较容易控制，而且浇口痕迹小，适用于直接注射注塑件的型腔。图5-38和图5-39所示的浇口痕迹与浇口直径d、浇口直径d的高度h和顶针尖位置有关。常见的浇口直径d的高度h为0.1～0.3mm。高度h=0时，锐利浇口可以改善痕迹脱落，痕迹边缘清晰，但是加工困难，直径的误差大，浇口强度不足。

1）针尖在轴向不同位置时浇口痕迹。针尖在轴向不同位置时的浇口痕迹如图5-38所示。浇口痕迹取决于浇口结构的几何因素。h为浇口直径d的高度。Δh是顶针尖和浇口端面之间的位置差。图5-38a和b所示结构在加工PP时，只有偶尔出现流涎现象。调整针尖的轴向位置，使Δh<0，可解决流涎问题，但痕迹较高。

图5-38 针尖在轴向不同位置时浇口痕迹

a）标准位置 b）针尖伸出 c）针尖缩进

2）针尖式浇口高度和直径影响浇口痕迹。针尖式浇口直径d为常数时的浇口痕迹如图5-39a所示，即痕迹随高度h增加而增高。高度h为常数时的浇口痕迹如图5-39b所示，即痕迹随直径d增加而扩大。

2.针尖式浇口的形状和尺寸

针尖和浇口孔所构成的形状和尺寸，要能实现节流和热力闭合，保证喷嘴的压力注射。下面从减小针尖对于浇口的阻塞方面，研究设计浇口直径，决定相关的几何形状和关系。

（1）针尖浇口的阻塞通过分析喷嘴针尖的结构和定位引起浇口的局部阻塞问题，以保证浇口直径d的设计计算正确。

在浇口部位，所有通道面积S应该相等，但由于针尖锥形头的阻流，通道面积发生了变化。在图5-40所示的浇口里，熔料注射流动时的流量偏差应尽可能小些。可以推导熔料在浇口洞口流动的阻塞比β_s为

又令

可得

图5-39 针尖式浇口高度和直径影响浇口痕迹

a）浇口直径d为常数时，高度h增加 b）高度h为常数时，直径d增加

图5-40 针尖式喷嘴的浇口区的局部阻塞面积(www.xing528.com)

d—浇口直径 h—浇口直径d的高度 2ϕ—针尖的锥角 d_r—阻塞面的直径

根据式（5-7），假定2ϕ=50°，h=0.1mm、0.2mm、0.3mm，可得到图5-41的结果。较小的浇口直径d，有显著的阻塞作用，会减小有效的流动截面。阻塞程度取决于针尖伸入到型腔中的距离。当h=0时，阻塞作用很小，但浇口周边为锐角，浇口的强度差，而且塑料熔体在高剪切速率下会发生热降解。h=0.3mm时，针尖的阻塞作用太大。因此，浇口洞口高度在h=0.1～0.3mm中选取。从促进热传导的角度来说，针尖的锥角2ϕ应大些，但会使针尖的阻塞作用加大。

（2）针尖和浇口的形状和尺寸图5-42和图5-43所示为两种常见的浇口设计。

1）长针尖与球底设计。表5-11列出了图5-42所示浇口设计的几何参数。图5-42所示流道熔体汇流在球台里。引流高度H是浇口直径d的1.25～2倍。在球面壁上会周期性生成冷料或皮层，有绝热保温作用。

针尖最常用的锥角2ϕ=50°。侧孔筒式针尖的锥角2ϕ=40°，可便于从侧孔中引导出塑料熔体。锥角2ϕ减小，则减小针尖的传热截面和效率。

针尖的圆头2r减小，则减少针尖对浇口的阻塞作用。尖锐的针尖在长期使用后，由于腐蚀和磨损，会缩进浇口里，并使浇口痕迹变大。

图5-42所示的浇口的球孔与针尖的形状使浇口区传导作用较小，球孔壁上能生成不稳定的皮层，针尖与浇口间有较好的绝热。其适用于加工温度范围窄的PA、PBT和玻璃纤维增强塑料。

图5-41 浇口洞口流动的阻塞比β_s与浇口直径d及高度h的关系曲线（2ϕ=50°）

图5-42 长针尖浇口的形状和尺寸

表5-11 长针尖与球底的浇口几何参数（单位：mm）

注：括号内为有时也采用的数据。

2）尖针头与锥面底设计。表5-12列出了图5-43所示浇口设计的几何参数。图5-43所示流道熔体引导空间较小，冷模具的传导面积较大，浇口区温度冷却效果较好。它有很小的浇口高度h，避免了针尖对浇口的阻塞的影响。当锥底角2α趋近顶尖角2ϕ时，对熔体的摩擦阻力大，不适用于有矿物填料和玻璃纤维增强的塑料熔料。它有很小的针尖的圆头2r，保证浇口的流通截面。此种浇口要求用高精度的机械加工，要求用耐腐蚀和耐磨材料制造针尖和浇口套，这样才能在长期的注射生产中保持尺寸的稳定不变。

图5-43 尖针头与锥面底的浇口形状和尺寸

图5-43所示浇口的锥孔与尖针头的形状，使浇口区的传导效率较好，适用于加工温度范围较宽的塑料，如PP、PE、PMMA、PS、PPO和ABS。

表5-12 尖针头与圆锥底的浇口几何参数（单位：mm）

（3）针尖式浇口的直径在5.3.1节中已介绍了流变学的浇口直径d的计算方法。针尖式浇口的直径大小主要由塑料熔体的体积流量q_i和熔体的流动指数n来确定。可用式（3-21）换算推导成按剪切速率确定喷嘴直接浇口直径的计算式，即针尖式浇口直径d（cm）的计算式为

式中——塑料熔体流经针尖浇口的实际剪切速率（s^-1）；

q_i——塑料熔体流经针尖浇口的体积流量（cm³/s）；

n——塑料熔体的流动指数。

热流道系统的针尖式浇口直径d=0.4～2.5mm，作为分喷嘴的体积流量q_i应限制在50cm³/s以下。在流经浇口的剪切速率以上高剪切速率作用下，高分子链沿着剪切方向高度取向排列，熔体的非牛顿流体特性明显，流体黏度达到最小值。对PS、PC、ABS和PP塑料熔体，在剪切速率范围内，流动指数n=0.25～0.35。取n=0.3代入式（3-21），流经针尖式浇口的剪切速率，由此得到针尖式浇口直径d（cm）计算式为

对于PS、PC和ABS等塑料熔体的品种，可查图5-23上q_i-d_o线图的A曲线。对于这类有较好非牛顿流体特性和热稳定性的塑料熔体，表5-13列出了它们在体积流量q_i下的浇口直径d，省去了查线图解的麻烦。

但是，对于浇口的导流梭针尖或者侧孔管道针尖，熔体在环隙中或穿孔时流动有较大的压力损失，加上针尖的阻塞作用，在高剪切速率和强剪切应力下，塑料熔体内外摩擦有5～10℃温度提高。针尖式浇口的直径设计必须考量塑料熔体的热稳定性，限制注射流量，防止熔体分解、变色和破裂。热稳定性差的聚氯乙烯PVC不适合用针尖式浇口。有阻燃剂和有机颜料或染料的塑料熔体，POM等热稳定性差的塑料熔体，热流道系统的针尖式浇口直径d=0.8～2.5mm。作为分喷嘴的体积流量q_i应限制在20cm³/s以下。取n=0.3代入式（3-21），流经针尖式浇口的剪切速率，由此得到针尖式浇口直径d（cm）计算式为