[发明专利]模拟塑料部件表面外观中的偏差的方法

说明书

发明技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的模拟由塑料部件的成型工艺造成的塑料部件表面外观中的偏差的方法，和相应的计算机系统、计算机程序和计算机程序产品。

引言

在塑料工业中，塑料产品的表面外观是非常重要的课题。塑料产品质量的主要标准是表面外观。塑料部件的表面质量被表面结构、成型工艺参数和聚合物材料本身所影响。尽管作出了改善表面外观的大量努力，但结果并非总是令人满意的。所谓的表面外观的老虎条纹(tiger stripe)现象已经成为科学世界的目标许多年。

定义

塑料部件由特定几何设计的聚合物材料构成，并且可以包括热塑性塑料和/或热固性塑料(包括duroplastics和弹性体聚合物材料)。

塑料部件通过成型工艺制造。

成型工艺是一种其中在成型能量的消耗下使聚合物原料成型为特定塑料部件的工艺。在大多数情形中，聚合物原料具有粒料的形式。不同的成型工艺是塑料工业中常见的：例如注塑，包括特殊类型的注塑工艺：比如气体辅助的注塑、共注塑、背面模塑(backside molding)、压缩模塑和注塑与压缩模塑的任何组合，聚合物挤出，吹塑和发泡。

塑料颗粒或聚合物颗粒被定义为塑料部件的体积部分。塑料部件的所有塑料颗粒的体积总和与塑料部件的体积一致。

在任何详述中，塑料部件的表面被定义为塑料部件的总面(表面)。由于塑料部件通常薄的事实，因此塑料部件面与塑料部件体积之间的比值十分高。该事实也突出了塑料部件的表面质量的重要性。

在塑料工业中，塑料部件的表面外观是非常重要的质量问题。表面外观一方面由材料物理性能和由聚合物的固有性能以及非常小尺寸的聚合物形态例如有色颜料、结晶度、组分、分子类型决定。另一方面，表面外观由塑料部件的表面结构决定，该表面外观是其中注入塑料熔体的模具的空腔表面的负片。就塑料部件的表面质量而言，空腔表面的纹理和粗糙度是主要的结构参数。显然，成型工艺参数影响了塑料部件的表面外观。

表面层限定了薄的聚合物材料层，这影响了部件的表面外观。不同的表面外观效果由不同的物理组成决定，并且因此表面层的厚度可以伴随着所检验的效果而改变。定义了正好位于塑料部件表面上的体积颗粒是表面层的一部分，但下面的聚合物颗粒也可以是表面层的一部分。

“老虎条纹”现象是塑料工业中常见的问题并且描绘了一种特定的表面缺陷。在塑料工业中已知的老虎条纹描绘了表面光泽度的可见的周期性不均匀。通常，这些是在注塑或挤出的塑料部件表面上交替的暗淡(或粗糙)和光泽(或光滑)的区域，该表面应该是全部光泽(或光滑)的。

热塑性聚合物可以由聚烯烃例如聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)组成，但也由聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚醚酰亚胺(PEI)以及热塑性聚合物的配混物和共混物组成。配混物是多种聚合物或者聚合物与每种组分比如滑石、矿物质、玻璃、橡胶和颜料的共混物。另外，聚合物配混物配有添加剂包(additivation package)。

现有技术

成型工艺的模拟是塑料工业中常用的并且基于与有限元和/或有限差方法结合的连续区机理。模拟成型工艺的有限差的基于计算机的求解算法(软件)可在市场上获得，例如Moldflow Corporation的软件，参见例如EP1218163B1。EP1218163B1的内容在此引入作为本专利申请的发明披露内容。

EP1218163B1披露了一种将流体(塑料熔体)注入模具的三维建模方法。该模型的基础是质量、动量和能量的守恒方程，并且可以EP1218163B1中的方程(3)-(6)所示出的形式或者以例如Navier-Stokes方程的形式表示(还参见EP1218163B1的9页，31-32行)：

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