一、聚合物熔體（tǐ）在簡單截麵導管內的流（liú）動

在塑料注（zhù）塑加工成型過程中，經常會遇到聚合物熔體在各種幾何形狀導管內（nèi）流動的情（qíng）況。如在（zài）注射過程中，熔體被柱塞推動前進，從噴（pēn）嘴經澆注係（xì）統注入型腔內;在（zài）擠出注塑加工成型中，熔（róng）體被螺杆擠進各種口模（mó）。研究熔體在流動過（guò）程中的流量與壓力降的關係、切應力與剪切速率的關係、物料流速分布、端末效（xiào）應等都是十分重（chóng）要的，因為這對控製成（chéng）型注塑加（jiā）工工藝（yì）、塑（sù）件產量和質量、設計成型設備和模具都（dōu）有直接關係。由於非牛頓流體（tǐ）流變行為的複雜性，目前隻能對幾種簡（jiǎn）單截（jié）麵導管內的流動作定（dìng）量的計算。

(一)在（zài）圓形導管內的（de）流動

為（wéi）了研究聚合物熔體在圓形導管內的流動狀況，假設其（qí）流體是（shì）在半徑為R的圓（yuán）形導管內作等溫穩定的層流運（yùn）動，且服從指數定律。取距離 T 為（wéi）r處的流體圓柱體單元，其長度為L,當它 ≈ 由左向右移動時，在流體層間產生摩擦力（lì），於是，其中壓力降Δp與圓柱體截（jié）麵（miàn）的（de）乘積必等於（yú）切應力т與流體層間接觸麵積的乘積，圓形導管（guǎn）中流動（dòng）液體受力分析。由此看出（chū），切（qiē）應（yīng）力為零，逐漸增大而（ér）在管壁處為，據此進一步推導的結果（guǒ），又可說明流體在圓形導管（guǎn）內的速度分布（bù）為什麽呈拋（pāo）物（wù）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（shī）加的切應力，所以，可用下麵函數關（guān）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程式r=Ky”中n=1時的特例，此時牛頓黏度η=ド，故也可得（dé）出相應的流速、體積流量及管壁處（chù）剪切速率的計（jì）算（suàn）公（gōng）式。線幾何形狀相似，隻是（shì）沿 軸作（zuò）上下平行（háng）移動而已，因而（ér）K'和n可相應視作另一個（gè）稠度和流動行為指數（shù），也稱表觀稠度與表（biǎo）觀流動行為指數。

(二)在扁形（xíng）導槽（cáo）內的流動（dòng）

當塑料熔體在等溫條件下經扁形導槽作穩定層流運動（dòng）時。在扁形導槽內取一矩形單元體，其厚度為2y,寬（kuān）度取1個（gè）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W應大於扁槽上（shàng）下 平行麵（miàn）距離2B的（de）20倍，此時扁槽兩（liǎng）側壁對流速 的減緩作（zuò）用可忽略不計)，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，此處K就成為（wéi）黏度n.

(三)端末效應與速度分布

如前所述，在推導流體在各種截麵流道（dào）內流動的（de）流動方程式（shì）時，不論牛（niú）頓流體或非牛（niú）頓流體，都假定流動屬穩定流（liú）動狀態，切應力為零，向管壁逐漸增（zēng）大，而在管壁處為。因而，流體在導（dǎo）管內的速度分布為零，向管壁（bì）逐漸減少（shǎo），而在管壁處為 零。對牛頓流體（tǐ）來說，這種速度（dù）分布 呈拋物線（xiàn）形;但是，當流體由儲槽、大管進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（shàng）都隨時發生變化，因（yīn）而其速度分布幾乎平坦而成一（yī）直線。隻有貼近管壁極薄一層液層處，其速度驟降，至管（guǎn）壁處（chù）為零，流體在進入導管後須經一（yī）定距離，穩定狀態方能形成，實驗測（cè）定，流體在此段（duàn）內的（de）壓力降總是比用式算出的（de）大。這（zhè）是因為聚合物熔體在此區域內產生彈性變形和速度調整消耗（hào）一部分的結果。

這種入口損耗曾有（yǒu）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（bú）存在，因而稱為“虛構長度”或“當量長度（dù）”。當量長度的長短隨具體條件而改變，實（shí）驗證明，聚合物熔體的當量長度一般（bān）約為導管半徑的6倍，在此區域（yù）內，料流（liú）已經不受導（dǎo）管約束（shù），料流各點速度在此（cǐ）重新調整為相等（děng）的速度。

另外，在出口（kǒu）區，假塑性流體繼收（shōu）縮之後由於彈（dàn）性恢複（fù）又出現膨脹，而且脹至比導管直徑（jìng）還要大。當流出速（sù）度恒定時，導管越短，膨脹越嚴重，可達一倍之（zhī）多。除上述入口與出口端末效應外，還有一種現象，即（jí）當剪切速（sù）率高達（dá）一定值時，流出（chū）物表麵（miàn）呈粗糙（cāo）狀，剪切速率越大（dà），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（pò）碎”。在擠出注塑加工成型中（zhōng）往往采用改進成型口模和（hé）將流量控製在一定範圍（wéi）內來解決。為了分析流體（tǐ）在穩定流動時的速（sù）度分布，對於符（fú）合指數函數方程式的非牛頓流體和牛頓流體。

二、注（zhù）射（shè）成型中的流動狀（zhuàng）態分析（xī）

注射成型中的流動過程，可以分成三個區段。第I區段是塑料物料在注射（shè）機內旋（xuán）轉螺杆與料筒之間進行輸送、壓縮、熔融（róng）塑化（huà），並將塑化好的熔體儲（chǔ）存在料筒的端（duān）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噴嘴、模具的主流道、分流道和澆口，開始（shǐ）射入型腔內。這一區段的特點是各段（duàn）流道長徑比較大，截麵（miàn）一（yī）般具（jù）有簡單的幾何形狀。注射過程中塑料熔體流動的三個區段流體基本上不發生物理、化學變化。第II區段是塑料熔體經澆口射（shè）入型腔過程中的流動、相變及固化。這一區段完全在模具（jù）內完成，過程非常複雜，涉及三維流動（dòng）、相（xiàng）遷移理論、不穩定導熱等方麵的知識。

(一（yī）)流（liú）體在流道中的狀態

注射成（chéng）型中，流體在第II區段的流動要經過多（duō）種截麵形狀的流道，這裏阻力變化（huà）複雜，壓力損失大，且模具中的主流道、分流（liú）道和澆口的溫（wēn）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（yào）的是對塑（sù）料熔體流經澆口時狀態的分析。

注射成型（xíng）的基本要求是根據型腔體積將足量的塑料熔體以較快的（de）速度注入型腔，再配（pèi）合其他各（gè）種條件，效率地（dì）生產出外觀（guān）和內部質量均好的注射塑件。根據實踐經驗，由於注射機的規格已根據塑件體積選定（dìng），注射速率為已（yǐ）知值，也即理想的qv值已確定，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（chū）R 的範圍和寬厚積Wh的範圍。由於注射機的規格已根據塑件體積選定，注射速率為已知值，也即理想的（de）qv值已確定，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。但是它們之間不是孤立（lì）的，而是相互（hù）有影響的，改變了某一個參數（shù），其他參數也隨之而變。下麵分別進行（háng）分析（xī）。

(1)澆（jiāo）口（kǒu）長（zhǎng）度（dù）L 當注射壓力保持恒定時，則（zé）澆口（kǒu）入口處的壓力（lì）p1,保持不變，如果改（gǎi）短澆（jiāo）口（kǒu）長度L,這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的壓力降減（jiǎn）小，熔體在（zài）澆口中的流速增大，這就增大了q,值。反映到注射螺杆上，螺杆向前推進的速度加快，也即注射速度加快，所以，縮短澆口長度，在不增大澆口斷麵（miàn）的情況下，就能提高注射速率。同時，由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（nián）度也相應降低，這是由於非牛頓流體（tǐ）的表觀黏度與（yǔ）剪切速率有關。又（yòu）短（duǎn）澆口可以不被固封（fēng），可保持常開。由於以上（shàng）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qv值（zhí）的增大，qv值隨R4或Wh3成比例（lì）增長（zhǎng）。但是，澆口截麵增大了，熔體在澆（jiāo）口中的流速（sù）減慢，熔體的表觀（guān）黏度相應（yīng）增高。所（suǒ）以，澆口截麵的增大有個極限值（zhí），這是大澆口的上限。超過此值時，再增大截麵，由於表觀（guān）黏度的增大，反而使qv值減小。所以，澆口斷（duàn）麵尺寸並非越大越好。相反，點澆口之所以成功，是因為（wéi）絕大多數塑料熔體的表觀黏度是剪切速率（lǜ）的函數，熔體流速越快，即（jí）qv越大，它的剪切速率（lǜ）越大，因而表觀黏度越小，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（hěn）小，熔體流經小澆口時流速極大，剪切速率相應也極大，表觀（guān）黏度很低。另外，由於熔體高速流經小澆口，部分轉（zhuǎn）變為熱能，遂提高了（le）澆口處的局部（bù）溫度，也有利於降低熔體的（de）表觀黏度。但是，當剪切速率提高到極限值時，剪切速率與表觀黏度失去了依存關係，稱為失去了“剪切（qiē）速率效應”。超過（guò）此極限值時，剪（jiǎn）切（qiē）速率再增加，表觀黏（nián）度不再降低（dī）。此時澆口的斷麵就是點澆口的極限尺寸。對多數塑料來說，點澆口的直徑不大於 1.5mm,對較黏的塑料。

(3)選（xuǎn）擇合理的剪切（qiē）速率 因（yīn）為大（dà）多數塑料熔體都屬於非牛頓假塑性（xìng）流體，其表觀黏度與剪切（qiē）速率的函數式可用式表示。即n.與y是指數函數關（guān）係，不是線型關係。如果剪切速率再高，表觀黏度值降低還要少。所以，東（dōng）莞（wǎn）市馬馳科注塑（sù）加工廠要在曲線上選擇一段剪切速率（lǜ），使它對黏度的影響有利於注射，這是頗為重要的。一般來說，剪切速率取高（gāo）值，黏度影響小。而且盡可能高，這是大尺寸澆口的模具所難以達到的。

(4)表觀黏度 當模具充不滿時，除增大注射量和注射速度，加（jiā）大流道係統尺寸以便將流量傳送至（zhì）澆口外，降（jiàng）低塑料（liào）熔體的（de）表觀黏度也是一個有效的辦法。降低黏度的一種辦法（fǎ）是升高溫度，然而溫度的升高也有一定限製（zhì），不能高於聚合物的降解溫度，而且溫度提高將會增加塑件在模內（nèi）的冷卻時間。降低黏（nián）度的另一種（zhǒng）辦法是提高剪切（qiē）速率，提高剪切速率也要受到（dào）聚合物的降解或燒焦以（yǐ）及“熔體破碎”可能性的限製。提高剪切速率可借助（zhù）於小澆口（kǒu）尺寸或增大注射（shè）壓力，也即增大（dà）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（wù）熔體經澆口射入模具型腔（qiāng）的過程，即充模過程。這是（shì）一個複雜的過程，一般為非等溫流動。由於這一注塑加（jiā）工過程的分析過於複（fù）雜，在這裏不作進（jìn）一（yī）步的闡述。

標題：聚合物在成型過程（chéng）中的流動狀態 網址：http://www.puv365.com/news/show/id/1652.html

*本站所有相關知識僅供大家參考、學習之用，部分來源於互聯網，其版權均歸原作者及網站所有，如（rú）無（wú）意侵犯您的（de）權利，請與小編聯係，我們將會在第一時（shí）間核（hé）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

文章關鍵詞：聚（jù）合物在成型過程中的流動狀態，注塑模具，注塑模具廠家