一、聚（jù）合物熔體在簡單（dān）截麵導管內的流動

在塑料注塑加工成型過程中，經（jīng）常會遇到聚合物熔體在各種幾何形狀導管內流動的情況。如在注（zhù）射過程（chéng）中，熔體被柱（zhù）塞推動（dòng）前（qián）進（jìn），從噴嘴經澆注係統注入型腔內;在擠出注塑加（jiā）工成型中，熔體被螺杆擠進各種口模。研究熔體在流動過程中的流量與壓力降（jiàng）的關係、切應力與剪切速率的關係、物料（liào）流速分布、端（duān）末效（xiào）應等都是十分重要（yào）的，因為這對（duì）控製成型注塑加工工藝、塑件產量和質量、設計成型設備和模具都有直接關（guān）係。由於非（fēi）牛頓流體（tǐ）流變行為的複雜性，目前隻能對幾種簡單截麵導管內的流動作定量的計算。

(一)在圓形導管內的流動

為了研（yán）究聚合物熔體在圓（yuán）形導管內（nèi）的流動狀況，假設其流體是在半徑（jìng）為R的圓（yuán）形導管（guǎn）內作等溫穩定的層流（liú）運動，且服從指數定律。取距離 T 為r處的流體圓柱體單元（yuán），其長度為L,當它 ≈ 由左向右移動（dòng）時，在流體層間產生摩擦力，於是，其中壓力降Δp與圓柱體截麵（miàn）的乘積必等於切應力т與流體層間接觸麵積的乘積，圓形（xíng）導管（guǎn）中流動（dòng）液體受力分析（xī）。由此（cǐ）看出，切應力為零，逐漸增（zēng）大而在（zài）管壁處為，據此進一步推導的結果，又可（kě）說明流（liú）體在圓形導管內的速度分布為什麽呈拋物線形。

對（duì）於牛頓流體或非牛（niú）頓黏性流體，由於其剪切速率隻（zhī）依賴於所施加的切應力，所以，可用下麵函數關係（xì）來表示，對於牛頓流體，由於牛頓黏性（xìng）定（dìng）律（lǜ）可以看為指數方程式r=Ky”中n=1時的（de）特例，此時（shí）牛頓黏度η=ド，故也可得出相應的流速、體積流量及管（guǎn）壁處剪切速率的計算公式（shì）。線幾何形狀相（xiàng）似，隻是（shì）沿 軸作上（shàng）下平行移動而已，因而K'和n可相（xiàng）應視作另一個稠度和流動行為指數，也稱表觀稠度與表觀流動行為指數（shù）。

(二)在扁形（xíng）導槽內的流動

當塑料熔體在等溫條件下經扁形（xíng）導槽作（zuò）穩定層流運動時。在扁形導槽內取一矩形單元體，其厚度為2y,寬度取1個單位長度，長度（dù）為（wéi）L.假定扁槽上下兩麵為（wéi）無限寬平行麵(扁槽寬度（dù）W應大（dà）於扁槽上下 平行麵距離2B的20倍，此時（shí）扁槽兩（liǎng）側壁對流速 的減（jiǎn）緩作用可忽略不計)，根據力的平衡，得也就成為牛頓（dùn）流體的流動（dòng）行為，即為牛頓黏性（xìng）定律方程式，此處（chù）K就成為（wéi）黏度n.

(三)端末效應與速度分布

如前所（suǒ）述，在推導流體在各種截麵流道內流動的流（liú）動方程式時，不論牛頓流體或（huò）非牛頓流體，都（dōu）假定流動屬穩定流動狀態，切應力為零，向管壁逐漸增大，而在（zài）管壁處為。因而，流（liú）體在導管（guǎn）內的速度分布為零，向管壁逐漸減少，而在管（guǎn）壁處為 零。對牛頓流體來（lái）說，這種速度分（fèn）布 呈拋物線（xiàn）形;但是，當（dāng）流體由儲槽、大管進（jìn）入導管內時就不屬於穩定流動，流 體各質點的運動速度在大小和方向上都隨時發生變化，因而其速度（dù）分布幾乎平坦而成一直線。隻有貼近管（guǎn）壁（bì）極薄一層液（yè）層處，其速度（dù）驟（zhòu）降，至管壁（bì）處為零，流體在進入導管（guǎn）後須（xū）經一（yī）定（dìng）距離，穩定狀（zhuàng）態方能形成，實驗測定，流體在此段內的壓力降總是比用式（shì）算出（chū）的大。這是因為聚合物熔體在此區（qū）域內產（chǎn）生彈性變形和速（sù）度調整消耗一部分的結果（guǒ）。

這種入口損耗曾有人設想為相當於一段導（dǎo）管所引起的損耗（hào），事實上這一段導管長（zhǎng）度並不存在，因而稱為“虛構長（zhǎng）度”或（huò）“當量長（zhǎng）度”。當量（liàng）長度的（de）長短隨（suí）具（jù）體條（tiáo）件而改變，實驗證明，聚合物熔體的當量長度一般約為導管半徑的6倍，在（zài）此區域（yù）內，料流已經不受導（dǎo）管約束，料流各點速度在此重新調整為相等的速度。

另外，在出口區，假（jiǎ）塑性流體繼收縮之後由於（yú）彈性恢複又出現膨脹，而且脹至比導管直徑還要大（dà）。當流出速度恒定時，導（dǎo）管越短，膨脹（zhàng）越嚴重，可達一倍之多。除上述入口與出口端末效應外，還（hái）有一種現象，即當（dāng）剪切速率高達一定值時（shí），流出（chū）物表麵呈粗糙狀，剪切速率越大，流出（chū）物越粗糙，甚至不能（néng）成流，很快斷裂（liè），這種現（xiàn）象稱為“熔體破碎”。在擠出注塑加工成型中往往采用改進成型口模和將流量控製在一定範圍（wéi）內來解（jiě）決。為了（le）分析流體在穩（wěn）定流動時的速度分布（bù），對於符合指數函（hán）數方程式的非牛頓流體和牛（niú）頓流（liú）體（tǐ）。

二、注射成型中的流動狀態分析

注射成型中的流動過程，可（kě）以分成三個區段。第I區段是塑料物料在注射機內旋轉螺杆與料筒之（zhī）間進行輸送、壓縮、熔（róng）融塑化（huà），並將塑化好的熔體儲存在料筒的端部。第II區（qū）段是（shì）儲（chǔ）存在料筒端部的塑料熔體（tǐ）受螺杆的向前推壓通過噴嘴、模具的（de）主流道（dào）、分流道和澆口，開始射入型腔內。這一區段（duàn）的特點（diǎn）是各段（duàn）流道長徑比較大，截麵（miàn）一（yī）般具有簡單的幾何形狀。注（zhù）射過程中塑料（liào）熔體流動的三個區段流體（tǐ）基本上不發（fā）生物理、化學（xué）變化。第II區（qū）段是塑料熔體經澆口射（shè）入（rù）型腔過程中的流動、相變及固化。這一區段（duàn）完全在模具（jù）內完（wán）成，過程非常複雜，涉及三維流動、相遷移理論（lùn）、不（bú）穩定導（dǎo）熱等方麵的知識。

(一)流體在流道中的（de）狀態

注射成型中（zhōng），流（liú）體在第II區段的（de）流動要經過（guò）多種截（jié）麵形狀的流（liú）道，這裏阻力變化複雜，壓力損失大，且（qiě）模具中的主流道、分（fèn）流道和澆口的溫度隨時間而變化，溫度場不穩定。盡管（guǎn）如此，仍可對其分別加以（yǐ）分析。這裏，重要的是對塑料熔體流經（jīng）澆口時（shí）狀態的分析。

注（zhù）射成型的基本要（yào）求是根據型腔體積將足量的塑料熔體以較快的速度注（zhù）入型腔，再配合其他各種條件，效（xiào）率地生產出外觀和內部質量均好的注射塑件。根（gēn）據實踐經（jīng）驗，由於注射機的規（guī）格已根據塑件體積選（xuǎn）定，注射速率為已知值，也即理想的qv值已確（què）定，因此，根據表觀剪切速率範圍即澆口可求出澆口截麵尺寸的範圍。也即求出R 的範圍和寬厚積Wh的範（fàn）圍。由於注射機的規（guī）格已根據塑件體（tǐ）積選定，注射速率為已知值，也即理想的qv值已確定，因此，根據表觀剪切速率範（fàn）圍即澆口可求出澆口截麵尺（chǐ）寸的範圍。但是它們之間不（bú）是孤立的，而是相互有影響的，改（gǎi）變了某一個參數，其他參數也隨之而變。下麵分別進行分析。

(1)澆口長（zhǎng）度L 當注射壓力保持恒定時，則澆口入（rù）口處的壓（yā）力p1,保（bǎo）持（chí）不變，如果改短澆口長度L,這就使（shǐ）熔體（tǐ）流經澆口（kǒu）的阻力減小，也就使澆口入口與出口之間的壓力降（jiàng）減小（xiǎo），熔體在澆口中的流速增大，這就增大了q,值。反映到注射螺杆上，螺（luó）杆向前推進的速度加快，也即注射速度加（jiā）快，所（suǒ）以，縮短澆口長度，在不增大澆（jiāo）口斷麵的情況下，就能提高注射速率。同時，由於熔體在（zài）澆口中的（de）流速提高，也（yě）即注射速度提高，熔體的表觀黏度也相應降低（dī），這是由於（yú）非牛頓流體的（de）表觀（guān）黏度與（yǔ）剪（jiǎn）切速率有關。又短澆口（kǒu）可以不被（bèi）固封，可保持常開。由（yóu）於以上理由，設計澆口長度L時，總是取值。

(2)澆口斷麵尺寸 增大澆口斷麵有利於（yú）qv值的增大，qv值（zhí）隨R4或Wh3成比例增長（zhǎng）。但是，澆口截麵增（zēng）大了（le），熔體在澆口中的流速減慢，熔體的表觀黏度相應增高。所以（yǐ），澆口截麵的（de）增大有個極限值（zhí），這（zhè）是大澆口的上限。超過此值時，再增大截麵，由於表觀黏度的增大，反而使qv值減小。所以，澆口斷（duàn）麵（miàn）尺寸並（bìng）非越大（dà）越好。相反，點（diǎn）澆口之所以成（chéng）功，是因為絕（jué）大（dà）多數塑料熔體的表觀（guān）黏度是剪切速率的函數，熔體流速越快，即（jí）qv越（yuè）大，它（tā）的剪切速率越大，因而表觀黏度越小，越容易注射。東莞市（shì）馬馳科注塑（sù）加（jiā）工廠 采用小澆口意味著斷麵很小，即R很小，熔體流經小澆口時流速極大，剪切速率相應也極大（dà），表觀黏度很低。另外，由於熔體高速流（liú）經（jīng）小澆口（kǒu），部分轉變為熱能，遂（suí）提高了澆口處的局（jú）部溫度，也有利於降低熔體的表（biǎo）觀（guān）黏度。但是，當剪（jiǎn）切（qiē）速率（lǜ）提高到極限值時，剪（jiǎn）切速（sù）率與表觀黏度失去了依存關係，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（shí）澆（jiāo）口的斷麵就是點澆口的極限尺寸。對多數塑料來說，點澆口的（de）直徑（jìng）不大於 1.5mm,對較黏的塑料。

(3)選擇合理（lǐ）的剪切（qiē）速率 因為大多數塑料熔體都（dōu）屬於非牛頓（dùn）假塑性流體，其表觀黏度與剪切速（sù）率的函數（shù）式可用式表示。即n.與y是指數函數關係，不是線型關係。如果剪切速率再高，表觀（guān）黏度值降低還（hái）要少。所以，東莞市（shì）馬（mǎ）馳科注塑（sù）加工廠要在曲線上選擇一段剪切速率，使它對黏（nián）度的影響有利於注射，這是頗為（wéi）重要的。一般（bān）來說，剪切速（sù）率（lǜ）取高（gāo）值（zhí），黏度（dù）影響（xiǎng）小。而且盡可能高，這是大尺寸澆口的模（mó）具所難（nán）以達到的。

(4)表觀黏度 當模具充（chōng）不滿時，除增大注射量和注射速度，加大（dà）流道係統尺寸以便將流量傳送至澆口外，降低塑料熔體的表觀（guān）黏度也是一個有效的辦法。降低黏度的一種辦法是升高（gāo）溫（wēn）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（qiě）溫度提高將會增加塑件（jiàn）在模內的冷（lěng）卻時間。降低黏度（dù）的（de）另一種辦法是提高剪切速率，提高剪切速率也（yě）要受到聚合物的降解或燒焦以及“熔體破碎”可能性的限製（zhì）。提高剪切速（sù）率可借助於小（xiǎo）澆口尺寸或增大注射壓力（lì），也即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合物熔（róng）體經澆口射（shè）入模具型腔的過程，即充模過程。這是一個複雜的過程（chéng），一般（bān）為非等溫流動。由（yóu）於這一注塑加工過程的分析過於複雜，在這（zhè）裏不作進一步的闡述。

標題：聚（jù）合物在成型過程中的流動狀態 網址：http://www.xueqin5.com/news/show/id/1652.html

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