หน้าหลัก > โรงงานพลาสติก > บทความงานพลาติก > รีโอโลยีในงานฉีดพลาสติก 01

8. รีโอโลยีในงานฉีดพลาสติก

หน้า 1 2

8.1 บทนำ

รีโอโลยี (Rheology) ในงานพลาสติกจะเป็นการกล่าวและอธิบายถึงการไหลและการเปลี่ยนรูปทรงการไหลของพลาสติกภายใต้ความเค้น โดยจะมีพารามิเตอร์หลักอยู่ 3 ตัวด้วยกัน คือ ความเค้นเฉือน (Shear Stress, ), ความหนืดเฉือน (Shear Viscosity, ), และอัตราความเครียดเฉือน (Shear Strain Rate,)
ความเค้นเฉือน คือ ความเค้นที่ใช้เพื่อทำให้พลาสติกเหลวมีการไหลตัวแล้วเกิดการเฉือนที่เรียกว่า การไหลเฉือน เช่น ความเค้นเฉือนที่ทำให้พลาสติกเหลวไหลออกจากหัวฉีด ส่วนความหนืดของพลาสติกเหลว ที่ความเค้นเฉือนต้องเอาชนะเพื่อให้เกิดการไหลตัวนั้นเรียกว่า ความหนืดเฉือน เมื่อพลาสติกเหลวเกิดการไหล ก็จะเกิดความเครียด จึงเกิดการเสียรูป เปลี่ยนรูป และมีความเร็วในการไหล ซึ่งจะนิยมเรียกกันว่า อัตราความเครียดเฉือน

8.2 รูปแบบและลักษณะการไหลเฉือนของพลาสติก

การไหลเฉือนของพลาสติกเหลวจำเป็นต้องอาศัยพื้นที่ผิวเพื่อให้เกิดการเฉือน คือ ผนังของช่องทางการไหล ซึ่งการไหลเนื่องจากการเฉือนนี้ยังสามารถแบ่งออกได้เป็นอีก 2 แบบ คือ (1) การไหลของพลาสติกเหลวระหว่างแผ่นระนาบ 2 แผ่น ซึ่งเกิดจากการเคลื่อนที่ของแผ่นระนาบแผ่นใดแผ่นหนึ่งหรือจากความเร็วที่แตกต่างกันของแผ่นระนาบทั้งสอง และ (2) การไหลภายในท่อ (หน้าตัดของท่อจะเป็นแบบใดก็ได้ เช่น วงกลม สีเหลี่ยมผืนผ้า สี่เหลี่ยมจัตุรัส สามเหลี่ยม ฯลฯ) อันเนื่องมาจากความดันที่เกิดขึ้นจากด้านใดด้านหนึ่งของท่อหรือเนื่องจากความดันที่แตกต่างกันภายในท่อ ซึ่งความดันด้านที่มีค่ามากกว่าจะเป็นตัวทำให้พลาสติกเหลวเกิดการไหล โดยรูปแบบและลักษณะการไหลเฉือนที่เกิดขึ้นจะมีรายละเอียดดังต่อไปนี้

รูปที่ 8.1 ลักษณะการไหลเฉือน

8.2.1 การไหลเฉือนภายในแผ่นระนาบ

พิจารณาระบบการไหลของของเหลว โดยจำลองการไหลของของเหลวที่อยู่ระหว่างแผ่นระนาบ (Plate) ที่ขนานกัน 2 แผ่น โดยให้แผ่นระนาบด้านล่างเป็นแผ่นระนาบที่อยู่กับที่ (Stationary Plate) และแผ่นระนาบด้านบน เป็นแผ่นระนาบที่เคลื่อนที่ (Moveable Plate) แผ่นระนาบมีพื้นที่คือ A (cm²) ระยะห่างของแผ่นระนาบทั้งสองคือ H (cm) เมื่อออกแรง F_t (N) กระทำกับแผ่นระนาบด้านบนให้เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว Ux (cm/s) จะทำให้ของเหลวเกิดการไหลตัวแบบเฉือน (Shear Flow) และเกิดความเค้นเฉือนดังนี้

การไหลเฉือนแบบง่ายของนิวตันในงานฉีดพลาสติก

รูปที่ 8.2 การไหลเฉือนแบบง่ายของนิวตัน

เมื่อมีการไหลตัว ของเหลวที่อยู่ติดกับแผ่นระนาบด้านบนจะมีความเร็วในการไหลสูงที่สุด ส่วนของเหลวที่อยู่ติดกับแผ่นระนาบด้านล่างจะมีความเร็วในการไหลต่ำที่สุด คือมีค่าเท่ากับศูนย์เมื่อเทียบกับความเร็วของแผ่นระนาบด้านบน ส่วนค่าความเค้นเฉือนสูงสุดจะเกิดขึ้นที่แผ่นระนาบที่อยู่กับที่นอกจากนี้อัตราความเครียดเฉือน (Shear Strain Rate) หรือที่เรียกสั้น ๆ ว่า อัตราเฉือน (Shear Rate,Ẏ ) ก็จะเกิดสูงสุดที่แผ่นระนาบที่อยู่กับที่ด้วย ซึ่งสามารถเขียนเป็นสมการได้ดังนี้

สมการพื้นฐานที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเฉือน (Ƭ) อัตราเฉือน (Ẏ) และความหนืดเฉือน (ƞ) จะเป็นดังนี้ คือ
ตัวอย่างการไหลเฉือนของพลาสติกเหลวที่อยู่ระหว่างแผ่นระนาบนี้ ได้แก่ การไหลชองพลาสติกเหลวที่อยู่ระหว่างร่องเกลียวกับผนังของกระบอกฉีดของชุดฉีด โดยเมื่อพิจารณาให้พลาสติกเหลวไหลตามร่องเกลียวไปยังปลายของสกรู ผนังของกระบอกฉีดจะเปรียบได้กับแผ่นระนาบที่เคลื่อนที่ ส่วนผิวของสกรูจะเปรียบได้กับแผ่นระนาบที่อยู่กับที่ เนื่องจากพลาสติกจะต้องเกาะอยู่ที่ผิวของกระบอกฉีดมากกว่าที่ผิวของสกรู ดังนั้นพลาสติกที่ผิว ของกระบอกฉีดจะมีความเร็วในการไหลสูงกว่า (พื้นผิวที่พลาสติกเหลวมีความเร็วในการไหลมากกว่าอีกพื้นผิวหนึ่ง จะเปรียบได้กับพื้นผิวที่เคลื่อนที่) แม้ว่าในการทำงานจริง สกรูจะเป็นตัวหมุนเคลื่อนที่อยู่ภายในกระบอกฉีดก็ตาม แต่ถ้าพิจารณาว่าพลาสติกไหลตามแนวเส้นรอบวงเพียงอย่างเดียว แผ่นระนาบที่เคลื่อนที่จะเป็นผิวของสกรู เพราะ สกรูเป็นตัวหมุนนั่นเอง ซึ่งสกรูเกลียวขวาจะต้องหมุนซ้าย (หมุนทวนเข็มนาฬิกา) เมื่อมองจากท้ายสกรู เนื่องจากถ้าพิจารณาให้สกรูเป็นตัวเคลื่อนที่ การพิจารณาทิศทางการไหลของพลาสติกเหลวจะเกิดความยุ่งยาก แต่ถ้าพิจารณาให้กระบอกฉีดเป็นตัวเคลื่อนที่แทน (หมุนตามเข็มนาฬิกา) จะสามารถพิจารณาการไหลของพลาสติกเหลวไปยังทิศทางปลายสกรูได้ง่ายกว่า

8.2.2 การไหลเฉือนเนื่องจากความดัน

การไหลเฉือนเนื่องจากความดันจะเกิดขึ้นเนื่องจากความดันที่กระทำกับพลาสติกเหลวจนเกิดการไหลตัว เช่น การไหลภายในท่อ โดยความดันที่มากกว่าจะเป็นตัวทำให้พลาสติกเหลวเกิดการไหล ซึ่งความเค้นเฉือนสูงสูด จะเกิดขึ้นที่ผนังของท่อ และความเร็วการไหลสูงสุดจะเกิดขึ้นตรงกลางท่อ ตัวอย่างการไหลเฉือนภายในท่อเนื่องจากความดัน ได้แก่ การไหลของพลาสติกเหลวภายในหัวฉีด ภายในแม่พิมพ์ฉีด ส่วนการคำนวณหาความเค้งแนอน และอัตราการเฉือน สามารถหาได้จากสมการต่อไปนี้

การไหลของพลาสติกเหลวภายในหัวฉีด ภายในแม่พิมพ์ฉีด

รูปที่ 8.3 การไหลเฉือนเนื่องจากความดันในช่องทางการไหลแบบกลมและที่เหลี่ยมผืนผ้า

8.3 การไหลแบบนอนนิวทอเนียน

การไหลที่โรงงานพลาสติกเราได้กล่าวมาข้างต้นจะเป็นการไหลของของไหลประเภทน้ำ น้ำมัน ซึ่งเป็นการไหลแบบนิวทอเนียน (Newtonian–เป็นไปตามกฎของนิวตัน) แต่พอลิเมอร์หรือพลาสติกส่วนใหญ่จะเป็นการไหลแบบนอนนิวทอเนียน (Non–Newtonian–ไม่เป็นไปตามกฎของนิวตัน) และได้สูตรในการคำนวณใหม่เป็นดังนี้

หมายเหตุ การไหลจะเป็นแบบทิวทอเนียนเมื่อค่า n = 1 ส่วนการไหลแบบนอนทิวทอเนียนจะมีค่า n ≠ 1(0<n<1)ซึ่งทั่วไป n
จะอยู่ในช่วง 0.25–0.75 ดังตารางที่ 8.1

ตารางที่ 8.1 ตัวอย่างค่า n ของพลาสติกแต่ละชนิด

หน้า 1 2

	169/47 ถ.พุทธมณฑลสาย 4 ต.กระทุ่มล้ม อ.สามพราน จ.นครปฐม 73220
	086-070-0007
	ananindustry@gmail.com
	https://www.ananindustry.com