2025年注塑行业现状分析：我国注塑制品产量将达3385万吨

  中国报告大厅网讯，2025 年，注塑行业在技术创新和应用拓展方面取得了显著进展。随着对注塑制品性能要求的不断提高，注塑成型过程的多尺度模拟技术成为研究热点。这种技术结合了宏观流动模拟和微观结构分析，能够有效预测和改善注塑制品中的缺陷，如熔接线和熔合线。本文通过对注塑成型充填流动的多尺度模拟研究，探讨了不同设计条件下熔接线和熔合线的微观结构特性及其对制品性能的影响，为注塑行业的质量控制提供了新的思路。

  一、注塑成型中的多尺度模拟技术

  《十五五注塑行业发展研究与产业战略规划分析预测报告》指出，注塑成型是一种广泛应用的高分子加工技术，其制品的宏观性能和微观结构密切相关。近年来，多尺度模拟技术在注塑成型中的应用逐渐受到关注。这种技术通过结合宏观流动模拟和微观结构分析，能够在注塑成型过程中追踪高分子链构象的演变。本文提出了一种新的单向局部多尺度模拟方法，结合了改进的光滑粒子动力学(SPH)方法和聚合固定滑移链模型(CFSM)，用于注塑充填过程的模拟。

  二、注塑成型中的宏观模拟方法

  (一)控制方程

  在宏观尺度上，注塑充填流动被视为等温瞬态流动问题，高分子熔体被视为弱可压缩广义牛顿流体。连续性方程和动量方程如下所示：

  ∂t∂ρρ∂t∂u=−ρ(∇⋅u)=−∇p+∇⋅(μ∇u)其中，ρ 为密度，t 为时间，u 为速度，p 为压强，μ 为动力粘度。动力粘度与剪切速率的关系采用 Cross 模型描述：

  μ(γ˙)=1+[τ∗μ0γ˙]1−nμ0(二)改进的 SPH 方法

  为了减少高粘度高压力下的压力非物理振荡，本文在传统 SPH 离散格式中引入了低耗散 Riemann 求解器和核梯度修正。改进后的控制方程 SPH 离散格式如下：

  dtdρi=ρij∑ρjmj(uij+ρcpi−pjrijxij)⋅∇icWij其中，i 和 j 代表粒子编号，uij 为两粒子速度差，xij 为两粒子位置差，ρ 和 c 为两粒子物理量的平均值，Wij 为核函数。

  三、注塑成型中的微观模拟方法

  (一)CFSM 模拟方法

  本文采用的 CFSM 是一种粗粒化版本的离散滑移链模型，主要关注高分子链之间的缠结作用。CFSM 模型参数可以通过分子动力学模拟结果统计或拟合小幅震荡剪切(SAOS)实验数据得到。CFSM 模拟的高分子链构象演化基于概率，其在流动过程中概率 P 的演化方程如下：

  ∂t∂P(Ω;t)=L[Ω;(∇u(t))]P(Ω;t)(二)多尺度模拟求解流程

  本文使用单向多尺度方法，即宏观模拟影响微观模拟，但微观模拟的统计应力不传回到宏观。多尺度模拟求解流程如下：首先生成宏观 SPH 模拟的初始流体粒子和边界粒子，初始化其物理量和 SPH 模拟参数。对于每个参与微观模拟的粒子，初始化一个包含 1000 条滑移链的 CFSM 模拟系综。然后采用预估 - 校正时间积分更新宏观 SPH 粒子的物理量。

  四、注塑成型多尺度模拟算例

  (一)圆环型腔(无尾部突出)

  本文模拟了两种圆环型腔的注塑充填过程，一种无尾部突出，另一种有尾部突出。无尾部突出的圆环型腔在熔体流过障碍物后形成熔接线，而有尾部突出的型腔则部分熔接线转变为熔合线。模拟结果显示，引入尾部突出可以减小熔接线区域长度，改善制品的力学性能。

  (二)圆环型腔(有尾部突出)

  注塑行业现状分析指出，有尾部突出的圆环型腔在熔体流过障碍物后，熔体流动时间更长，熔接线区域的微观结构特性得到改善。模拟结果显示，有尾部突出的型腔中，熔接线区域的链段取向程度更高，取向角更小，微观结构特性更有利于高分子链的再缠结，从而改善力学性能。

  五、结论与展望

  本文通过将 SPH 方法与 CFSM 结合，建立了一种局部单向多尺度模拟的新方法，并用于注塑成型充填阶段的模拟。通过对比无尾部突出和有尾部突出两种圆环型腔的模拟结果，发现引入尾部突出可以减小熔接线区域长度，将部分熔接线转变为熔合线，从而改善制品的力学性能。未来，随着计算能力的提升，多尺度模拟技术将更加广泛地应用于注塑行业的质量控制和缺陷预防，为注塑制品的高性能化提供有力支持。

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