一、聚（jù）合物熔體在簡單截麵導管（guǎn）內的流動（dòng）

在塑料注塑加工成型過程中（zhōng），經常會遇（yù）到聚合物熔體在各（gè）種幾何形狀導管內（nèi）流動的情況。如在注射過程中，熔（róng）體被（bèi）柱塞推動前進，從噴嘴經澆注係（xì）統注入型腔內;在擠出注塑加工成型中，熔體被（bèi）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的關係、切應（yīng）力與剪（jiǎn）切速率的關係、物料流速分布、端末效應等都是十分重要的，因為這對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（yǒu）直接關係。由於非牛頓流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的計（jì）算。

(一)在圓形導管內的流動

為了研（yán）究聚合（hé）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（děng）溫穩定的（de）層流運動，且服從指數定律。取距（jù）離 T 為r處的流體圓柱體單元，其長度為（wéi）L,當它 ≈ 由左向右移動時，在流體層間產生摩（mó）擦力，於是，其中壓力降Δp與圓柱體截麵的乘積必等（děng）於切應力т與流體層間接觸麵積的乘積，圓（yuán）形導管中流動液體受力（lì）分析。由此看出，切應（yīng）力為零，逐漸增大而在管壁處為，據此進一步（bù）推導的結果，又可說（shuō）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（liú）體或非（fēi）牛頓黏性流體，由於其剪切速（sù）率隻依賴於所施加的切應力，所以，可用下麵（miàn）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（dù）η=ド，故也可（kě）得出相應的流速（sù）、體（tǐ）積流量及管壁（bì）處（chù）剪切速率的計算公式。線幾何（hé）形狀相似，隻是沿 軸作上下平行移動而已，因而K'和n可相應（yīng）視（shì）作另一個稠度和流動行為指（zhǐ）數，也稱表觀稠度與（yǔ）表觀流動行（háng）為指數。

(二)在扁（biǎn）形導（dǎo）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運（yùn）動時。在扁形導槽內（nèi）取一矩形單元體，其厚度為2y,寬度取1個單位長度，長度為L.假定扁槽上下兩麵為無限寬平行麵(扁槽寬度（dù）W應（yīng）大（dà）於扁槽上下 平行麵距離2B的20倍，此時扁槽兩側壁對流速 的減緩作用可忽略不計)，根據力的平（píng）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，此處K就成為黏度n.

(三)端末效應與速度（dù）分布

如前所述，在推導流體在（zài）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，都假定（dìng）流動屬穩定流動狀（zhuàng）態，切應力為零，向管壁逐漸增大，而在管壁處為。因而，流體在導管內（nèi）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（pāo）物線形;但是，當流體由（yóu）儲槽、大管進入導管內（nèi）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（shàng）都隨時發生變化，因而其速度分布幾乎平（píng）坦而成一直線。隻（zhī）有貼近管壁極薄一層液層處，其速度驟降，至管壁處為零，流體在進入導管後須經一定距離，穩定狀態方能形成，實驗（yàn）測定，流體在此段內的壓力降（jiàng）總（zǒng）是比用式算出（chū）的大。這是因為聚合物熔體在（zài）此區域（yù）內產生彈性變形和速度調（diào）整消（xiāo）耗一部分的結果。

這種入口損耗曾有人設想為相當於（yú）一段導管（guǎn）所引起的損耗，事實上（shàng）這一段導管長度並不存在（zài），因而稱為“虛構長度”或“當量長度”。當量長度的長短隨具（jù）體條件而改變，實驗證明，聚合物（wù）熔體的當（dāng）量長度一般約為導管半徑的6倍，在此區域內，料（liào）流已經不受導管約束，料流各（gè）點速度在此重新調整為相等的速度。

另外，在出口區，假塑性流體繼收（shōu）縮之後由（yóu）於彈（dàn）性恢複又出現膨脹，而且脹至比（bǐ）導（dǎo）管直徑還要（yào）大。當流出速度（dù）恒定時，導管越短，膨脹越嚴重（chóng），可達一倍之多。除（chú）上述入口與出口端末效應外，還有（yǒu）一種現象，即當剪切速率高達一定（dìng）值時（shí），流出物表（biǎo）麵呈粗糙（cāo）狀，剪切速（sù）率越大，流出物越粗糙，甚至不能成流，很快斷裂，這種現象稱為“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（fàn）圍內來解決。為了分（fèn）析流體在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流體和牛頓流體。

二、注射成型中的流動狀態分析

注射成型中的流動（dòng）過程，可以分成三個（gè）區段。第I區（qū）段是塑料物料在（zài）注射機內旋轉螺杆與料筒之間進行輸送、壓縮、熔融塑化，並將塑化（huà）好的熔體儲存在料筒的端部。第II區段是儲存在料筒端部的塑料熔體受螺杆的向前推壓通過（guò）噴（pēn）嘴、模具的（de）主流道、分流道和澆口，開始射入型腔內。這一區段的特點（diǎn）是各段流道長（zhǎng）徑比較大，截麵一般具有簡單的幾何形狀。注射過程中塑料熔體（tǐ）流動的三（sān）個區段流體基本上不發（fā）生物理、化學變化。第II區段是塑料熔體經澆口射入型腔過程中的流動、相變及固化。這一區段完（wán）全在模具內完成（chéng），過程非常複（fù）雜（zá），涉及三維流動、相遷移（yí）理論、不穩定導熱等方麵的知識。

(一)流體在流道中的狀態

注射成型中，流體在第II區（qū）段的（de）流動要經過多種截麵形狀（zhuàng）的流道，這裏阻力變化複雜，壓力損失大，且模具中的主流道、分流道和澆口的溫度隨時間而變化（huà），溫度場不穩定。盡（jìn）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分析。

注（zhù）射成型的基本要求是根據（jù）型腔（qiāng）體（tǐ）積將（jiāng）足量的塑料熔（róng）體以較快的速度注入型（xíng）腔，再配合其他各種條件，效率地生產出外觀和內（nèi）部質（zhì）量均好的注射塑件。根據實踐經驗，由於注射機的規格已根據塑（sù）件體積選定，注射速率為已知值（zhí），也即理想的（de）qv值已確定，因此，根據（jù）表觀剪切速率範圍即澆口可求出澆口截麵（miàn）尺寸的（de）範圍。也即求出R 的範圍和寬厚積Wh的（de）範圍。由於注射機的規格已根據塑件體積選定，注射速（sù）率為已知（zhī）值，也即理想的qv值已確定，因此，根（gēn）據表觀剪切速率範圍即澆口可求出澆口截（jié）麵尺寸的範（fàn）圍。但是它們之（zhī）間不是孤立的（de），而是相互有影響的，改變（biàn）了某（mǒu）一個參數（shù），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（zé）澆口入口處的壓力p1,保持不變，如果改短澆口長度L,這就使熔（róng）體流經澆口的阻力減小，也就使澆口入口與出（chū）口（kǒu）之間的壓力降減小，熔體在澆口中的流速增大，這就增大了q,值。反（fǎn）映到注射螺杆上，螺（luó）杆向前推（tuī）進的速度（dù）加快，也即注射速度加快，所以，縮短澆口長（zhǎng）度，在不增大澆口斷麵（miàn）的（de）情況（kuàng）下，就能提高注射速（sù）率。同時（shí），由於熔體在（zài）澆口中的流速提高，也即注射（shè）速度提高，熔體的表（biǎo）觀黏度也（yě）相應降低，這是由（yóu）於非牛頓流體（tǐ）的表觀黏（nián）度（dù）與剪切速率有關。又短澆（jiāo）口（kǒu）可以不被固封，可保（bǎo）持常開。由於以上理由，設（shè）計（jì）澆口長度L時，總（zǒng）是取值。

(2)澆口斷麵尺寸 增大澆口斷（duàn）麵有（yǒu）利於qv值的增大，qv值（zhí）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（xiàng）應增（zēng）高。所以，澆口截麵的增大有個極限值，這是（shì）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，澆口斷麵尺寸並非越大（dà）越好。相反，點澆口之所（suǒ）以成功，是因（yīn）為（wéi）絕大多數塑料熔體的表觀黏度是剪切（qiē）速率的（de）函數（shù），熔體流速越快，即qv越大，它的剪切（qiē）速率越（yuè）大，因而表觀黏度（dù）越小，越容易注射。東莞市馬馳科注塑加工廠 采用小澆口意味著斷麵很小，即R很小，熔體流經小澆口時流速極大，剪切速率相應也極大，表觀黏度很低。另外，由於熔體高速流經小澆（jiāo）口，部分轉變為熱能，遂提高了澆口處的局部溫度，也有利於降低（dī）熔（róng）體的（de）表觀（guān）黏度。但是，當剪切速率提高到極（jí）限值時，剪切速率與表觀黏度失（shī）去了依（yī）存關係，稱為失去了“剪切（qiē）速率效（xiào）應（yīng）”。超過此極限值時，剪切速率再（zài）增加，表觀黏度不再降低。此時澆口的（de）斷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（jìng）不大於 1.5mm,對較黏的塑料。

(3)選擇合理的剪切速率 因為大多數塑料熔體都屬於非牛頓假塑性流體，其表觀（guān）黏度與剪切速率的函數式（shì）可用式表示。即n.與（yǔ）y是指數函數關係，不是（shì）線型關係。如果剪切速率再高，表觀黏度值降低還要少。所以，東（dōng）莞市馬馳科注塑（sù）加工廠要在曲線上選擇一段剪切速（sù）率，使它（tā）對黏度的影響有（yǒu）利於注射，這是頗為重要的。一般來說，剪切速率取高值，黏度影響小。而且盡可（kě）能高，這是大尺寸（cùn）澆（jiāo）口的模具所難以達到的。

(4)表觀黏度 當模具（jù）充不滿時，除增大注射量和注射速度，加大流道係統尺寸（cùn）以便將流量傳送至澆口外，降低（dī）塑料熔體（tǐ）的表觀黏（nián）度也是一個有效（xiào）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（yī）定限（xiàn）製，不能高於聚合物的降解溫度，而且（qiě）溫度（dù）提高將（jiāng）會增（zēng）加塑件在模（mó）內的冷卻時（shí）間（jiān）。降低黏度的另一種（zhǒng）辦法是提（tí）高剪切速率，提高剪切速率也（yě）要受到聚合物的降解（jiě）或燒焦以及“熔體（tǐ）破碎”可能（néng）性的限製。提高剪切速率（lǜ）可借（jiè）助（zhù）於小澆口尺寸或增大注射壓力，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體經澆口射入模具型腔的過程，即充模過程。這是一個複雜的過程，一（yī）般為非等溫流（liú）動。由於這一注（zhù）塑（sù）加工過程的（de）分析過於複雜，在這（zhè）裏不作進一步的闡述。