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眾所周知(zhī),液(yè)體在平直(zhí)圓管內受切應力而發生流動的(de)形式有層流和湍流兩種(zhǒng)。層流時,液體的流動是按許多彼(bǐ)此平行的流層(céng)進(jìn)行的;同流(liú)層之間的各點速度彼(bǐ)此相同,但各層之間的(de)速度卻不(bú)一定相等,而且各層之間也(yě)無明顯的(de)相互影響。如果增大流動速度而使其超過一定(dìng)的臨界值,則流動形式(shì)轉為湍流,湍流時液體各點速度的大小(xiǎo)和方向都隨時間(jiān)而變化。層流與湍流的區(qū)分以(yǐ)雷諾數(Re)為準,在成型注塑加工 過程中,聚(jù)合物熔體(tǐ)流動時的雷諾(nuò)數常小於(yú)10,而聚合物分散體的雷諾數(shù)常不止此數,但也不會大於2100,所以它(tā)們的流動(dòng)基本上是層流。
為了(le)研究流體(tǐ)流動(dòng)的性質(zhì),可以把層流流動看成是一層層彼此相鄰(lín)的薄層液體沿外力作用方向進行的相對(duì)滑(huá)移。液層是(shì)平直(zhí)的平麵,彼此之間完(wán)全平行。F為外部作用(yòng)於(yú)整個液體的恒定(dìng)剪切力,A為向兩端(duān)無限延伸的液(yè)層麵積。管壁附 dv 近(jìn)液層同時受到液體黏性阻力和管壁摩擦力的(de)作用,在管(管壁)摩擦力壁上液層的移動速度為(wéi)零。這(zhè)樣,就可以用剪切速率來代替速度梯(tī)度,兩者在數值上相等。
牛頓(Newton)在研究低分子液體的流動行為時,發現切應力和剪切速率之間存在著一定關係,說明液層(céng)單位表麵上所加的切應力r與液層間的速度梯度成正比,n為比例常數,稱為牛頓黏度。它是液(yè)體自身所(suǒ)固有的屬性,反映了液體的黏稠性,n的大小表征液體抵抗外力引(yǐn)起形變的能力(lì),不同液體的n值不同,與其(qí)分子結構(gòu)和所處溫度有關。描述了層(céng)流液體簡單的規律,通常稱為牛頓流動定律,即牛頓流體的(de)流變方程。凡液體層流時符合牛頓流動定(dìng)律的通稱為(wéi)牛頓流(liú)體。其特征為應變隨應力作用的時(shí)間(jiān)線(xiàn)性地增加,且黏度保持不變,應變具(jù)有(yǒu)不(bú)可逆性質,應力解除後應變以變形保持下來。
由於大分子(zǐ)的長鏈結構和纏結,聚合(hé)物熔體的流動行(háng)為遠比低(dī)分子(zǐ)液體複雜。在寬廣的剪切速率範圍內,這類液體流動時剪切力和剪切速率不再成比例關係,液(yè)體的黏度(dù)也不是一個常數,因而聚合物熔體的流變行為不服從牛(niú)頓流動定律。通常(cháng)把流動行為不服從牛頓流動(dòng)定律的流動稱為(wéi)非牛頓型流動,具有這種流動行為的液體稱為非牛頓流體。此時(shí),大多數聚合物都表(biǎo)現為非牛頓流體。

塑料成(chéng)型注塑加工中常用聚合(hé)物在非牛頓流體狀態剪切速率下的流動曲線。它們已不再是(shì)簡單的直線,不(bú)同類型流體(tǐ)的(de)流(liú)動曲線是向上或(huò)向下彎曲的複雜曲線(xiàn)。當作(zuò)用於假塑性流體的(de)切應力變化時,剪切速(sù)率的變化要比切應力的變化(huà)快得多。而膨脹(zhàng)性流體的流(liú)變(biàn)行為則正好相反,流體中剪切速率的變化(huà)比切應力的變化要慢。很明顯,流體的黏度已(yǐ)不是一個常(cháng)數,它隨剪切速率或切應力而變化。
因此,將非牛頓流(liú)體的黏度(dù)定義為表觀黏度n。由Ostwald-De Waele 提出的所謂指數定律方程是一種較能反映黏性流體流變性質(zhì)的經驗(yàn)性表達(dá)式,在有限的範圍內有相當(dāng)好的準確性,且形式(shì)簡單。對一定的成型注塑加工過程來說,剪切速率總不可能很寬,因此,指數定律在分析液體的流變(biàn)行為、加(jiā)工的計算以(yǐ)及 注塑加工設備或模具的設(shè)計等方麵都(dōu)較成功。該(gāi)定律認為:聚合物黏(nián)性流體在定溫下於給定(dìng)的剪(jiǎn)切速率範圍內流動時,切應力和剪切速率具有指數函數關係。
表觀黏度表征的是非牛頓流體在外力作用下抵抗剪切變形的能力,表觀黏度除與流體(tǐ)本身性質及溫度有關外,還受剪(jiǎn)切速率影響,這就意味著外力大小及其作用的時間也能改(gǎi)變流體的黏稠性。
在指數流動規律中,非牛(niú)頓指數(shù)n和稠(chóu)度係數K均可由試驗測定。當n=1時,na=K= n,這意味著非牛頓(dùn)流體轉變為牛頓(dùn)流體,所以(yǐ)n值可(kě)用來反映非牛頓流體(tǐ)偏離牛頓流體性質的(de)程度。n<1時(shí),稱為(wéi)假塑性流體。在注射成型(xíng)中,除(chú)了熱固性聚合物和少數熱塑性聚合物外,大多數聚合物熔體均有近(jìn)似假塑性流體的流變學性質。n>1時(shí),稱為膨脹性流體。屬於膨脹性流(liú)體的主要是(shì)一些固體含量較高的聚合(hé)物懸浮液,以及帶有凝膠結構的聚合(hé)物溶液和懸浮液,處於較高(gāo)剪切速率下的聚氯乙烯糊的流(liú)動行為就近似這類流體。
在一定的成型注塑加工工藝條件下,塑料的剪切速率的範圍通常是固(gù)定(dìng)的,如壓縮成型時的剪切速率範圍為1~10s;注射成型(xíng)時(shí)為103~105s-;壓(yā)注成型時為102~103s等。對於給定的塑(sù)料來說,如(rú)果通過實驗求得了(le)在這種剪切速(sù)率範圍下的黏度數據,則對該種塑料在(zài)指定 注塑加工成型方法中的操(cāo)作難易程度就能作出初步判斷。譬如(rú)在注射成型時,如果(guǒ)某(mǒu)一塑料熔體在溫度不大(dà)於其降解溫度且剪切速率為103s-的情況下測得其表觀黏度為50~500Pa·s,則(zé)在注(zhù)射過程中將不會發生困難。表(biǎo)觀黏度過大時,則塑料(liào)模的(de)大小與設計就受到較大的限製,同時壓縮塑件很易出現缺陷;過小時(shí),溢料的現象比較嚴重,塑件質量也會產生問題。
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