一、聚合物熔體在簡單截（jié）麵導管（guǎn）內的流動

在塑料注塑加工成型（xíng）過程中，經常會遇到聚合物熔體在各種幾何形狀導管（guǎn）內流動的情況。如在注射過程中，熔體被柱（zhù）塞推（tuī）動（dòng）前進，從噴嘴經澆注係統（tǒng）注入型腔（qiāng）內;在（zài）擠出注塑加工成型中，熔體被螺杆擠（jǐ）進各（gè）種口模。研究熔體在流動過程中的流量與壓力降的關係、切應力與（yǔ）剪切速率的關係、物料（liào）流（liú）速分（fèn）布、端末效（xiào）應等都是十分重要的，因為這對（duì）控製成型（xíng）注塑加工工（gōng）藝、塑件產量（liàng）和質（zhì）量（liàng）、設計成型設備和模具都有直接關係。由於非牛（niú）頓流體流變行為的複雜（zá）性，目前隻能對幾種簡單截（jié）麵導管內的（de）流動作定量的計算。

(一)在圓形導管內的流動

為了研究聚合物熔體在圓形導管內的流動狀況，假設其流體是在半徑為R的圓形導管內作等溫穩定（dìng）的層流運動，且服（fú）從指數定律（lǜ）。取距離 T 為r處的流體圓柱體（tǐ）單元，其長度為L,當它 ≈ 由（yóu）左向右移動時，在流體層間產生（shēng）摩擦力，於是，其中壓力降Δp與圓柱體截麵的（de）乘積必等於切應力т與流體層間接觸麵積的乘積，圓形導管中流動液（yè）體（tǐ）受力分析。由此看出，切應力為零，逐（zhú）漸增大而在管壁處為，據（jù）此進一步推導（dǎo）的（de）結果，又可說明流體在圓形導管內的速度分布為什麽呈拋物線形。

對於牛頓流體或非牛頓黏性流體，由於其剪切速率隻依賴於所施加（jiā）的切應力，所以，可用下麵函數關係來表示，對於牛頓流體，由於牛頓黏性定律可以看為指數方（fāng）程式r=Ky”中n=1時的特例，此時牛頓黏度η=ド，故也可得出相應的流（liú）速、體（tǐ）積流量及管壁處剪切速率的計算公（gōng）式。線幾何形狀相似，隻是沿 軸作上下平行移動而已，因而K'和n可（kě）相應視作另一個稠（chóu）度和流動行為指數，也稱表觀稠度與表觀流動行為指數（shù）。

(二)在扁（biǎn）形導槽內的流動

當塑料熔體在等溫條件下經扁形導槽作穩（wěn）定層流運動時。在扁形導槽內取一矩（jǔ）形單元體（tǐ），其厚度為2y,寬度取1個單位長度，長度為L.假定（dìng）扁槽上下兩麵為無限寬平行麵(扁槽寬度W應大於扁槽上下 平（píng）行麵距離（lí）2B的20倍，此時扁槽兩側壁對流速 的（de）減緩作用（yòng）可忽（hū）略不計)，根據（jù）力的平衡，得也就成（chéng）為牛頓流體的流動行為，即為牛頓黏性定律方程式，此處K就成為黏度n.

(三)端末效應與速度分布

如前所述（shù），在推導流體在各種截麵流道內流動的流動（dòng）方程式時（shí），不論牛頓流體或非牛頓流體，都假定流動（dòng）屬穩定流動（dòng）狀態，切應力為零，向管壁逐（zhú）漸增大（dà），而在管壁處（chù）為。因而，流體在導管內的速度分布為零（líng），向管壁逐漸減少，而在管壁處為 零。對牛頓流體來說，這種速度分布 呈拋物線形;但是，當流體由儲槽、大管（guǎn）進入導管內時就不屬於（yú）穩定流動，流 體各質（zhì）點的運動速度在大小和方向（xiàng）上都隨時發生變化，因而其速度分（fèn）布（bù）幾乎平坦而成（chéng）一直線。隻有貼近管壁極薄一層（céng）液層處，其速度驟降，至管壁處為零，流體在（zài）進入導管後須經（jīng）一定距（jù）離，穩定狀態方能形成（chéng），實驗測定，流體在此段內的壓力降總是比用式算出的大。這是因為（wéi）聚合物熔體在此區（qū）域內產生彈性變形和速度調整消（xiāo）耗一部分的結果。

這種入（rù）口損耗曾有人設想為（wéi）相當於一段導管所引起的損耗，事實（shí）上這一段導管（guǎn）長度並不（bú）存在，因（yīn）而稱為“虛構長度”或“當量長度”。當量長度（dù）的長短隨具體條件而改變，實驗證明，聚合物熔體（tǐ）的當量長度（dù）一般約為導管半徑的6倍，在此區域內，料流已經不受導管約束，料流各點速度在（zài）此重（chóng）新調整為相等的速度。

另外，在出口區，假塑性流（liú）體繼收縮之（zhī）後由於彈性（xìng）恢複又出現膨脹，而且脹至比導管直徑還要大。當流出速度恒定時，導管越短，膨脹越嚴重（chóng），可達一倍之多。除上述入口與出口端末效應（yīng）外，還有一種現象，即當剪（jiǎn）切速率高達一定值時，流出物表麵呈粗糙狀，剪切速率越（yuè）大，流出物越粗糙，甚至不能成流，很快（kuài）斷裂，這種現象稱為“熔體破碎”。在擠出（chū）注塑加工成型中往往采用改進成型（xíng）口模（mó）和將流量控製在一定範圍內來（lái）解決。為了（le）分析流體在（zài）穩定流動時的速度分布，對於符合指數函數方程式的非牛頓（dùn）流體和牛頓流體。

二、注射成型中的流動狀態（tài）分析

注射成型中的流動過程，可以分成三個（gè）區段。第I區段是塑料物料在注（zhù）射機內旋轉螺（luó）杆與料筒之間進行輸（shū）送、壓（yā）縮、熔融塑化，並將塑化好的（de）熔體儲存在料筒的端部。第II區段是（shì）儲存在料筒端部的塑料熔體受螺杆的向前推壓通（tōng）過噴嘴、模（mó）具的主流道、分流道和澆口，開始射入型腔（qiāng）內。這一（yī）區段的特點是各段流（liú）道長（zhǎng）徑比較大，截麵一般具有簡單的幾何形狀。注射過程中塑料熔（róng）體流動（dòng）的三個區段流體基本上不發生物理（lǐ）、化學變化（huà）。第II區段是塑（sù）料熔體經澆（jiāo）口（kǒu）射入型腔過程（chéng）中的流動、相變及固化。這一區段完全在模（mó）具內完成，過（guò）程（chéng）非常複雜，涉及三維流動、相遷移理論（lùn）、不穩定導熱等方麵的知識（shí）。

(一)流體在流道中的狀態

注射（shè）成型中，流體在第II區段的流動要經過多種截麵形（xíng）狀的流道（dào），這（zhè）裏阻力（lì）變化複雜，壓力損失大，且模具中的主流道、分流道和澆口（kǒu）的（de）溫度隨時間而變化，溫度場不穩定。盡管如此，仍可對其（qí）分別加以分析。這裏，重要的是（shì）對塑料熔體流經澆口時狀態（tài）的分析（xī）。

注射成型的基本要求是根據型腔體積將足量（liàng）的塑（sù）料熔體以較快的速度注入型腔，再配合其他各種條件，效率地生產出外觀和（hé）內部質量均好的注射塑件。根據實踐經驗，由於（yú）注射機的（de）規格已根據塑件體積選定，注射速率為已知值（zhí），也即理（lǐ）想的qv值（zhí）已確定，因此，根據表（biǎo）觀剪（jiǎn）切速率範圍即澆口可求出澆口截麵尺寸的範圍（wéi）。也即求出R 的範圍和寬厚積Wh的範圍。由（yóu）於注射機的規格已根據塑件體積選定，注（zhù）射速率為已（yǐ）知值，也即理想（xiǎng）的qv值已確定，因此（cǐ），根據表觀（guān）剪切速率範圍即澆口可求出澆口截麵尺寸的範（fàn）圍。但是它們之間不是孤立的，而是相互有影響的，改變了某一個參數，其他參數也隨（suí）之（zhī）而（ér）變。下麵分別進行分析。

(1)澆口長度L 當注射壓力（lì）保持（chí）恒定時，則澆口入口處的壓力p1,保持不變，如果改短澆口長度L,這（zhè）就使熔體流經澆口的阻力減小，也就使澆口入口與出口之間（jiān）的壓力降減小（xiǎo），熔體（tǐ）在澆口中的（de）流速增大，這就增大了q,值（zhí）。反映到注射螺杆上，螺（luó）杆向（xiàng）前推進的速（sù）度加（jiā）快，也即注射速度加快，所以，縮短澆口長度，在（zài）不增大澆口斷麵（miàn）的情況下，就能提高注射（shè）速率。同時，由於熔（róng）體在澆（jiāo）口中的流速提高，也即注射速度（dù）提高，熔體的表觀黏度也相應降低（dī），這是由於非牛頓流體（tǐ）的表觀黏度與剪切（qiē）速率有關。又短澆口可以不被固封，可保持常開。由於（yú）以上理由，設計澆口長度L時，總是取值。

(2)澆口斷麵尺寸 增（zēng）大澆口斷麵有利於qv值的增大，qv值隨R4或Wh3成比例增長。但是，澆口截麵增（zēng）大了，熔體在澆（jiāo）口（kǒu）中的流速減慢，熔體的（de）表觀黏度相應增高。所以，澆口截麵的增大有個極限值，這是大澆口的上限。超過此值（zhí）時，再（zài）增大截麵，由於表觀黏度的增大，反而使（shǐ）qv值減小（xiǎo）。所以，澆口斷麵（miàn）尺寸並非越大越好。相（xiàng）反，點澆（jiāo）口之所以（yǐ）成功，是因為絕大（dà）多數塑料熔體的表觀黏度是剪切速率的（de）函數，熔體（tǐ）流（liú）速越快，即qv越大，它的剪切速率越大，因而表（biǎo）觀黏度越小，越容易注射。東莞市馬馳科注（zhù）塑加工廠 采用小澆口意味著斷（duàn）麵很小，即R很小，熔體流經小澆口時流速（sù）極（jí）大，剪切速率相應也極大，表觀黏度很低。另外，由（yóu）於熔體高速流經小澆口，部分轉變為熱能，遂提高了澆口處（chù）的局（jú）部溫度，也有利於降低（dī）熔體的表觀黏度。但（dàn）是，當剪切速率提高到極限（xiàn）值時，剪切速率與（yǔ）表觀黏（nián）度失去了（le）依存關係（xì），稱為失去了“剪切速率效應”。超過此極限值時，剪切速率再增加，表觀黏度不再降低。此時澆（jiāo）口的斷（duàn）麵就是點澆口的極限尺寸。對（duì）多數塑料來說，點澆口的直徑不大於 1.5mm,對（duì）較黏的（de）塑料。

(3)選擇合理的剪切速率（lǜ） 因為大（dà）多數塑料熔體都屬於非牛頓假（jiǎ）塑性流體，其（qí）表觀黏度與剪切速率（lǜ）的函數式可用式表示。即n.與（yǔ）y是指數函（hán）數關係，不是線型關係。如果剪切（qiē）速率再高，表觀黏度值降低還要少。所以，東莞市馬馳科注塑加工廠要在曲線上選擇一段剪切速率，使它對黏度的影響有利於注射，這是頗為（wéi）重要的。一般來說（shuō），剪切速（sù）率取高值，黏度影響小。而且（qiě）盡可能高，這是大尺寸澆口（kǒu）的模具所難以達到的。

(4)表觀黏度 當（dāng）模具充不滿時，除增大注射量和注射速度，加大流道係統尺寸以（yǐ）便將流量傳送至（zhì）澆口外，降低塑料熔體的表觀黏度也是一個有效的辦法。降低黏度的一種辦法是升高溫度，然而溫度的升高也有一定限製，不能高於聚合物的降解溫度，而且溫度提高（gāo）將會增加塑（sù）件在模內的冷卻時間。降（jiàng）低黏度的另一種辦法是提高剪切速率，提高剪（jiǎn）切速（sù）率也要受到聚（jù）合物的降解或燒焦（jiāo）以及“熔體破碎”可能性的限製。提高剪切速（sù）率可借助於小澆口尺寸或增大注射壓力，也即（jí）增大切應力或兩者兼備。

(二)流體在充模過程中的狀態

注射成型的第皿區段是聚（jù）合物熔體經澆口射入模具型腔的過程，即充（chōng）模（mó）過程。這是（shì）一個複雜的（de）過程，一般為非等溫流（liú）動。由於這一（yī）注（zhù）塑加工過程的分析過於複雜，在（zài）這裏不作進一（yī）步的闡述。

標題：聚合物在成型過程中的流動狀態 網址：http://www.shengligy.com/news/show/id/1652.html

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