一、聚合物熔體在簡單截麵導（dǎo）管內（nèi）的流動

在塑料（liào）注塑加工成型過程（chéng）中，經常會遇到聚合物熔體在各種幾何形狀導管內流動的情況（kuàng）。如在注射過程中，熔體被（bèi）柱塞（sāi）推動前進，從噴嘴經澆注係統（tǒng）注入型腔內;在（zài）擠出注塑加工成型中，熔體被螺杆擠進各種口模。研究（jiū）熔體在流（liú）動過程中的流量（liàng）與壓力降的關（guān）係、切應力與剪切速率（lǜ）的關係、物料流速分布、端末效應等都是十分（fèn）重要的，因為這對控（kòng）製（zhì）成型注（zhù）塑加工工藝、塑件產量和質量、設計成型設備和模具（jù）都有（yǒu）直接關係（xì）。由於非牛頓流（liú）體流變行為的複雜性，目前隻能對幾種簡單截麵導管內的流動作定量（liàng）的計算。

(一)在圓形導管（guǎn）內的流動

為（wéi）了研（yán）究（jiū）聚合物熔體在圓（yuán）形導管內的流動狀況，假設其流（liú）體是在半徑為R的圓形（xíng）導管內作（zuò）等溫穩定的層流運動，且服從指數（shù）定律。取距離 T 為r處的流（liú）體圓柱體單元，其長度為L,當它 ≈ 由左向右移動時，在流體層（céng）間產生摩擦力，於是，其中壓力降Δp與圓柱體截麵的乘積必等於切應力т與流體層（céng）間接（jiē）觸麵積的乘積，圓形導管中流動液體（tǐ）受力分析。由此看出，切應力為零，逐漸增大而在管壁處為，據（jù）此進（jìn）一步推導的結果，又可說明流體在圓形導管內的速度分布為什麽呈拋（pāo）物線形（xíng）。

對（duì）於牛頓流體或非牛頓黏性（xìng）流（liú）體（tǐ），由於其（qí）剪切速率隻依賴於所施加的切應力，所以，可用下麵函（hán）數關係來（lái）表示，對（duì）於牛頓流體，由於牛頓黏性定律可以看（kàn）為指數（shù）方程式r=Ky”中n=1時（shí）的特例，此（cǐ）時牛頓黏度η=ド，故也可得出（chū）相應的流速、體積流量及管壁（bì）處剪切速率的計算公式。線幾何形（xíng）狀相似，隻是沿 軸作上下平行移動而已，因而K'和n可相應視作另一個稠度和流動行為指數，也稱（chēng）表觀（guān）稠度與表觀流動行為指數。

(二)在扁形導槽內的流動

當塑料熔體在等溫條件下經扁形導槽作穩定層流（liú）運（yùn）動時。在扁形導槽內取一（yī）矩形單元體，其厚度為2y,寬（kuān）度取1個單位長度，長度為L.假定扁槽上下兩麵為無限寬平行（háng）麵(扁槽寬度W應（yīng）大（dà）於扁槽上下 平行麵（miàn）距離2B的20倍，此時扁槽兩側壁對流速 的減（jiǎn）緩（huǎn）作用可忽略不計（jì）)，根據力的平衡，得也就成為牛頓流體的流動行為，即為牛頓黏性定律方程式，此（cǐ）處K就成（chéng）為黏度n.

(三)端末效應與速度分布

如前所述，在推導流（liú）體在各種截麵流道內流動的流動方程式時，不論牛頓流體或非牛頓流（liú）體，都（dōu）假定流動屬（shǔ）穩定流動狀態，切應力為零，向管壁逐漸增大，而在管壁處為。因（yīn）而，流體在導管內的速度分布為零，向管（guǎn）壁逐漸（jiàn）減少，而在管壁處為 零。對牛（niú）頓流（liú）體來說，這（zhè）種速度分布 呈拋物線形;但是，當（dāng）流體由儲（chǔ）槽、大管進入導（dǎo）管內時就不屬於（yú）穩定流動，流 體（tǐ）各質（zhì）點的（de）運動速度在大小和方向上都（dōu）隨時發生變化（huà），因而其速度分布（bù）幾乎平坦而成一直線。隻有貼近管壁極薄一層（céng）液層處，其速度驟降，至管壁處為（wéi）零，流體在進入導管（guǎn）後須經一定距離，穩定狀態方能形成（chéng），實驗測定，流體在（zài）此段內（nèi）的壓力降總是比用式算出（chū）的大。這是因為聚合（hé）物熔體在此區域內產生彈性（xìng）變形和速度調整消耗一部分的結果（guǒ）。

這種入（rù）口損耗曾有人設想為相當於一段導管所引起的損耗，事實上這一段導管長度並不存在，因而稱（chēng）為“虛構長度（dù）”或（huò）“當量長度”。當量長度的長短隨具體條（tiáo）件（jiàn）而改變，實驗（yàn）證明，聚合物熔體的當量長度一般約（yuē）為導（dǎo）管半徑的6倍，在此區域內，料流已經不受導（dǎo）管約束，料流各點速度在此（cǐ）重新調（diào）整（zhěng）為相等的速度。

另外，在出口區，假塑性（xìng）流體（tǐ）繼收縮之後由（yóu）於彈性恢複又出現膨脹，而且（qiě）脹至比導管直徑還要大。當流出速度（dù）恒定時，導（dǎo）管越短，膨脹越嚴（yán）重，可達一倍（bèi）之多（duō）。除上述（shù）入口與出口端末效應外，還有一種現象，即當剪切速率高達（dá）一定值時，流（liú）出物表麵呈（chéng）粗（cū）糙狀，剪切速率越（yuè）大，流出物越粗糙，甚至不（bú）能成流，很快斷裂，這（zhè）種現象稱為“熔體破碎”。在擠出注塑加工成型中往往采（cǎi）用改進成型口模和將流量（liàng）控製在一定範圍內來解（jiě）決。為了分析流體在穩定流動時的速度分布（bù），對於符合（hé）指數函數方程（chéng）式的非牛（niú）頓流體（tǐ）和牛頓流體。

二、注射成型中的流動（dòng）狀態分析

注射成型（xíng）中的流動過程，可以（yǐ）分成三個區段。第I區段（duàn）是塑料物料在注射機內旋轉螺（luó）杆與（yǔ）料筒之間進行輸送、壓縮、熔融塑化，並將塑化好的熔體（tǐ）儲存在料筒的端部。第II區段是儲存在料筒端部（bù）的塑料熔體（tǐ）受螺杆的向前推壓通過噴嘴、模具的主流道、分流（liú）道和澆口，開始射入型腔內。這一區段的特點是各段流道長徑比較大（dà），截麵一般具有簡（jiǎn）單的幾何形狀（zhuàng）。注射過程中塑料熔體流動（dòng）的三個區段（duàn）流體基本上不發生物理、化學變化。第II區段是塑料（liào）熔體經澆口射入型腔過程中的流動、相變及固化。這（zhè）一區段完全在模具內完成，過程非常複雜，涉及三維流動、相遷移理論（lùn）、不穩定導熱等（děng）方麵的知識。

(一)流體在流道中（zhōng）的狀態

注（zhù）射成型中，流體在第II區段的流動要經（jīng）過多種截麵形狀的流（liú）道，這裏阻力變化（huà）複雜，壓力損失大，且模具中的主流道、分（fèn）流道和澆口的（de）溫度隨時間而變化，溫度場不穩定。盡管如此，仍可對其分別加以分析。這裏，重要的是對塑料熔體流經澆口時狀態的（de）分析。

注（zhù）射成（chéng）型的基本要求是根據型腔（qiāng）體積將（jiāng）足（zú）量的塑料熔體以較快的速度注入型腔，再（zài）配合其他各種條件，效率地生產出外（wài）觀和內部質量均好的注射塑件（jiàn）。根據實踐經（jīng）驗，由於注射機的規格已根據塑（sù）件體積選定，注射速（sù）率為已知值，也即理（lǐ）想的qv值（zhí）已（yǐ）確定（dìng），因（yīn）此，根據表觀剪切速率範圍即澆（jiāo）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的範圍。由於注射（shè）機的規格（gé）已根據塑件體積選定，注射速率為已（yǐ）知值，也（yě）即理（lǐ）想的qv值已確（què）定，因此，根據表（biǎo）觀剪切速率範圍即澆口可求出澆（jiāo）口截麵（miàn）尺寸的範圍。但是它們之間不是孤立的，而是（shì）相互有影響的（de），改變了某一個參（cān）數，其他參數也隨之而變。下麵分別進行分析。

(1)澆口長度L 當注射壓力保持恒定時，則澆口入口處的（de）壓力p1,保持不變，如果改短（duǎn）澆口長度L,這就使熔體（tǐ）流經澆口的阻力減小（xiǎo），也就使澆口入口與出（chū）口之間的壓力降減小，熔體在澆口中的流速增大，這（zhè）就增大了q,值。反映到注射螺杆上，螺杆向前推進的速度（dù）加快，也即注射速度加快，所以，縮短澆口長（zhǎng）度，在不增大澆口斷（duàn）麵的情況（kuàng）下，就能提高注射速率（lǜ）。同時，由（yóu）於熔體在澆口中的流速提高，也即注射速度提高，熔體的表觀黏度也相應降低，這是由於非牛頓流體的表觀（guān）黏度與剪切速率有關（guān）。又短澆口（kǒu）可以（yǐ）不被固封，可保持常開。由於（yú）以上理由，設計澆口長（zhǎng）度L時，總是取值。

(2)澆口斷麵尺寸 增大澆口斷麵有利於qv值的增大，qv值隨R4或Wh3成比例增長。但是，澆口截麵增大了，熔體在澆口中的（de）流速減慢，熔體的表觀黏度相應增高。所以，澆口截麵的增大有個極限值，這是大澆口的（de）上限（xiàn）。超過此值時，再增大截麵，由於表觀黏度的增大，反而使（shǐ）qv值減小。所以，澆口斷麵尺寸並非越（yuè）大越好。相反，點澆口（kǒu）之所以成功，是因為絕大（dà）多數塑料熔體的表觀（guān）黏度是（shì）剪切速率的函數，熔體流速越快，即qv越大，它的（de）剪切速率越大，因而表觀黏度越小，越容易注（zhù）射。東莞市（shì）馬馳科注塑加工廠 采用小澆口意味著斷麵很小，即R很小，熔體（tǐ）流經小澆口時流速極大，剪切速率（lǜ）相應也極大，表觀黏度很低。另外，由於熔體高速流經小澆口，部（bù）分轉（zhuǎn）變為熱（rè）能，遂提高了（le）澆口處（chù）的局部溫（wēn）度，也（yě）有利於降低熔（róng）體的表觀黏度。但是，當剪切速率提高到極限值時，剪切速率（lǜ）與表觀黏（nián）度失去了依存關係（xì），稱為失去了（le）“剪切速（sù）率效應（yīng）”。超過此極限值時，剪（jiǎn）切速率再（zài）增加，表觀黏度不再降低。此時（shí）澆口（kǒu）的斷麵就是點澆（jiāo）口的極限（xiàn）尺寸。對多數塑料來說，點澆（jiāo）口的直徑不大於 1.5mm,對較黏的塑料。

(3)選擇合理的剪切速率 因為大（dà）多數塑料熔體都屬於非牛頓假塑性流（liú）體，其表觀黏度與剪切速率的函數式可用式表示。即（jí）n.與y是指數函數關係，不是（shì）線型關係。如（rú）果剪切速率再高，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（yī）段剪（jiǎn）切速率，使它對黏度的影響有利於注射，這是（shì）頗為（wéi）重要的。一般來說，剪切速率取高值，黏度（dù）影（yǐng）響小。而且盡可能高，這是大尺寸澆口的模具所（suǒ）難以達到的。

(4)表觀黏度 當模具充不滿時，除增大注射量和注射速度，加大流道係統（tǒng）尺寸以便將流量傳送至澆（jiāo）口外，降低塑料熔（róng）體的表觀黏度（dù）也是一個有（yǒu）效的辦法。降低（dī）黏（nián）度的一種辦法是升高溫度，然而溫（wēn）度的升高也有一定限製，不能（néng）高於聚合（hé）物的降解溫度（dù），而且溫度提高將會增加塑件在模內的冷卻時間。降（jiàng）低黏度的另一（yī）種（zhǒng）辦法是提高剪切速率，提高剪切速率也要受到聚合物的降（jiàng）解或燒焦以及“熔體破碎”可能（néng）性的限製。提高剪（jiǎn）切速率可借助於小澆口尺寸或增大注射壓力，也（yě）即增大切應力或兩者兼備（bèi）。

(二)流體在充模過程中（zhōng）的狀態

注射成型的第皿區段是聚合物（wù）熔體經澆口射入（rù）模具型腔的過程，即充模過程（chéng）。這是一個複雜的過程，一（yī）般為非等溫流動。由於這一注塑加工過程的分析過於複雜，在這裏不作進一步的闡述。

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

*本站所有相關知識僅供大家參（cān）考、學習之（zhī）用，部分來源於互聯網，其版權均歸原作者及網站所有，如無意（yì）侵（qīn）犯您的權利（lì），請與小編聯係（xì），我們將會在第一時間核實，如情況屬實會在3個工作日內刪除。 7*24小時免費熱線： 13682521790 13714219339

文章關（guān）鍵詞：聚合物在成型過程中的流動狀態（tài），注塑模（mó）具（jù），注塑模（mó）具廠家（jiā）