一、聚合物熔體在簡單截（jié）麵導管（guǎn）內的流動

在塑料（liào）注塑加工成型過程中，經常會遇到聚合物熔體在各種幾（jǐ）何形狀導管內（nèi）流（liú）動的（de）情況。如在注射過程中，熔體被柱塞推動前進，從（cóng）噴嘴經澆注係統注入型腔（qiāng）內;在擠出注（zhù）塑加工成型中，熔體（tǐ）被螺（luó）杆（gǎn）擠進各種口模。研究熔體在流（liú）動過程中的（de）流（liú）量與壓力降（jiàng）的關係（xì）、切應力與剪切速率的關係、物料流速分（fèn）布（bù）、端末效應等都是（shì）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（bèi）和模具都有直（zhí）接關（guān）係。由於非（fēi）牛頓流體流變行為的複雜性，目前隻能（néng）對幾種簡單截麵導管（guǎn）內的流動（dòng）作定量的計（jì）算。

(一（yī）)在圓形導（dǎo）管內的流動

為了研究聚合物熔體在圓形導管內的流動狀（zhuàng）況，假設（shè）其流體是在（zài）半徑（jìng）為R的圓形導管內（nèi）作（zuò）等溫穩定的層流運動，且服（fú）從指數定律。取距離 T 為r處（chù）的流體圓柱體單元，其長（zhǎng）度為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（lì）降Δp與圓（yuán）柱體截麵（miàn）的乘積必等於切應力т與流體層（céng）間接觸麵積的乘積，圓形導管中流動（dòng）液體受力分析。由此看出，切應力為零，逐漸增大而在（zài）管（guǎn）壁處為，據此進一步推導的結果，又可（kě）說明流體在圓形導管內的速度分布為什麽呈拋物線形。

對於牛頓流體或非牛頓黏性（xìng）流（liú）體，由於其剪切速率隻依賴於所施加的切（qiē）應力，所以，可用下麵函數關係來表示（shì），對於牛頓流體，由於牛頓（dùn）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（niú）頓黏度（dù）η=ド，故也可得出相應的流速、體積流（liú）量及（jí）管壁處剪切速率的計算公式。線幾（jǐ）何形狀相似，隻是沿 軸作上下（xià）平行移（yí）動而已，因而（ér）K'和n可相應視作另一個稠（chóu）度和流動行為指數，也稱表觀稠度與表（biǎo）觀（guān）流動行為指數。

(二)在扁形（xíng）導槽內（nèi）的流動（dòng）

當塑料熔（róng）體（tǐ）在（zài）等溫條件下經扁形（xíng）導槽（cáo）作穩定層流運動時。在扁形（xíng）導槽內取一（yī）矩（jǔ）形單元體，其厚（hòu）度為2y,寬度取（qǔ）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W應大於扁槽上（shàng）下 平行麵距離（lí）2B的20倍，此時扁槽兩側壁對流速 的減緩作用可（kě）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)端末效應與速度分布

如（rú）前所（suǒ）述，在推導流體在各種截麵流道內流動的流動方（fāng）程式（shì）時，不論牛頓流體或非牛頓流體，都假定流動（dòng）屬穩定流動狀態，切應力為零，向管壁逐漸增大，而（ér）在管壁處（chù）為。因（yīn）而，流體（tǐ）在導（dǎo）管內（nèi）的速度分布為零，向管壁逐漸（jiàn）減少，而在管壁處為 零。對牛（niú）頓流體來說，這種（zhǒng）速度分布 呈拋物線形;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（diǎn）的運動速度在大小（xiǎo）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（zhī）有貼近管壁極薄一層液層處（chù），其（qí）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，實驗測定，流體在此段內的壓力降總是比用式算出（chū）的大。這是（shì）因為聚合物熔體（tǐ）在此區域內產生彈性變形和速度調（diào）整消耗一部分的（de）結（jié）果。

這種入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（shàng）這一段導管長度並不存在，因而稱為“虛構長度”或“當量長度”。當量長度的長短隨具體條件而改變，實驗證明，聚合物熔（róng）體的當量長（zhǎng）度（dù）一般約（yuē）為導管半徑的6倍，在此區域內，料（liào）流已經不受導管（guǎn）約束，料流各點速度在此重新調整為（wéi）相（xiàng）等的速度。

另外（wài），在出口區，假塑性流體繼收縮之後由於彈性（xìng）恢複又出現（xiàn）膨脹，而且脹（zhàng）至比導管直徑還要大。當流出速度（dù）恒定時，導管越短，膨脹越嚴重，可達一倍之多。除上述入口與出口端末效應外，還有一（yī）種現（xiàn）象，即當剪切速率高達一定值時，流出（chū）物表麵呈粗糙狀，剪切速率越大，流出物越粗糙，甚至不能成流（liú），很快斷裂，這種現象稱為“熔體破碎”。在擠（jǐ）出注塑加工成型中往往采（cǎi）用改進成型口模和將流量控製在（zài）一定範圍內來解決。為了（le）分析流體在穩定（dìng）流動時的速度分布，對於符合（hé）指數函數方程式的非牛頓流（liú）體和牛頓（dùn）流體（tǐ）。

二、注射成型中（zhōng）的流動狀態分析

注射成型中的流動過程，可以（yǐ）分成三個區（qū）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（zhī）間進行輸送、壓（yā）縮、熔融塑化，並將（jiāng）塑（sù）化好的熔體儲存在料筒的端部。第II區段是儲存（cún）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（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）是各段流道長徑比較大，截麵一般具有（yǒu）簡單的幾何形狀。注射過程中塑（sù）料熔（róng）體流動的三個區段流體基本上不發生物理、化學變（biàn）化。第II區段是塑料熔體（tǐ）經澆口射入型腔過程（chéng）中的流動、相變及（jí）固化。這一區段完（wán）全在模具內完成，過程（chéng）非（fēi）常複雜，涉及三維流（liú）動、相遷移理論、不穩定導熱等方麵（miàn）的知（zhī）識（shí）。

(一（yī）)流體在流道中的狀態

注射成型中（zhōng），流體在第II區（qū）段的流動要經過多種截麵形狀的（de）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（dào）和（hé）澆口的（de）溫度隨時間（jiān）而變化，溫度場（chǎng）不（bú）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（tǐ）以較快的速度注入（rù）型腔（qiāng），再配（pèi）合其他各種條件，效率地生產出外觀和內部質量均好的注射塑件。根據實踐經驗，由於注射機（jī）的規格已根（gēn）據塑件體積選定，注射速率為（wéi）已知值，也即理想的（de）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麵尺寸的範圍。也（yě）即求出R 的範圍（wéi）和寬厚積Wh的範圍。由於注射機的規（guī）格已根據塑件體積選定，注射（shè）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圍即澆口可求出澆口截麵尺（chǐ）寸的範圍。但是它們之間不是孤立的，而是相互有影響的，改變（biàn）了某一個（gè）參數，其他（tā）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（bǎo）持恒定時，則澆口入口處的壓力p1,保持不變，如果改短澆口長度L,這就使熔體流經澆口的阻力減（jiǎn）小，也（yě）就使澆口入口與出口之間的壓力降減小，熔體在澆口中的流速增（zēng）大，這就增大了q,值。反映到注射螺杆上，螺杆向前推（tuī）進的速度加快，也即注射速度加（jiā）快，所（suǒ）以，縮短澆口長度，在不增大澆口斷麵的情（qíng）況下，就能提高注射速率。同時，由（yóu）於熔體在澆口（kǒu）中的流速提高（gāo），也即（jí）注射速度提高（gāo），熔體的表觀黏度也相應降低，這是由於非（fēi）牛頓流體的表觀黏度與剪切速率有關。又短澆口可以不被固封，可保持常開。由於以上理由，設計澆口長度L時，總是（shì）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（jiāo）口截麵增大了，熔體在澆（jiāo）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（miàn）的增大有個極限值，這是大澆口的上限。超過此值（zhí）時，再增（zēng）大截麵（miàn），由於表觀黏度的增大，反而使qv值減小（xiǎo）。所以，澆口斷麵尺寸並非越大越好。相反，點澆口之所以成功，是因為絕大多數塑料熔體的表觀黏度是剪切速率的函數，熔體流速越快，即（jí）qv越大，它的（de）剪切速率越大，因而表觀黏度（dù）越小，越容易（yì）注射。東莞市馬馳科注塑加工廠 采用（yòng）小澆口意味著斷麵很（hěn）小，即R很小，熔體（tǐ）流經小澆口時流速極（jí）大，剪切速率相應也極大，表觀黏度很低。另外，由於熔體（tǐ）高速流經小澆口，部分轉變為熱能，遂提高了澆口處的局部溫度，也有利（lì）於降低（dī）熔體的表觀黏度。但是，當剪切速率提高到極限值時，剪切速率與表觀黏度失（shī）去了依（yī）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（zēng）加，表觀黏度不再降低（dī）。此時澆口的斷麵就是點澆口的極限尺寸。對多數塑料（liào）來說，點澆口的直（zhí）徑不大於 1.5mm,對較黏的（de）塑料。

(3)選擇合理的剪（jiǎn）切（qiē）速率 因（yīn）為大多數塑料熔體都屬於非牛頓假塑性流（liú）體，其表觀黏（nián）度與剪切（qiē）速率的函數式（shì）可用式（shì）表示（shì）。即n.與（yǔ）y是指數函數關係（xì），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（suǒ）以，東莞市馬馳（chí）科注（zhù）塑（sù）加工廠要在曲線上選擇一段剪切速率，使它（tā）對（duì）黏度的（de）影（yǐng）響有利於注射，這是頗為重要的。一般來說，剪切速率取高值，黏度影響小。而且盡可能高，這是（shì）大尺寸澆口的模具所難以達到的。

(4)表觀（guān）黏度 當模具充不滿時，除增（zēng）大注射量和注射速度，加大流道係統尺寸以便將流量傳送至澆口外，降低塑（sù）料熔體的表觀黏度也是一個有（yǒu）效的辦法。降低黏度的一種辦法是升高溫度，然而溫度的升高也有一定限製，不（bú）能高於聚合物（wù）的降解溫度，而且溫度提高將會（huì）增加塑件（jiàn）在模內的冷卻時間。降低黏度的另一種辦（bàn）法是提高剪切速率，提高剪切速率也要受到聚合物的降解或燒焦以及“熔體破碎”可能性（xìng）的限製（zhì）。提高（gāo）剪切速率可借助於小澆口尺寸或增（zēng）大（dà）注射壓力，也（yě）即增大切應力或兩者兼備。

(二)流體在充模（mó）過（guò）程中的狀態

注射成型的第皿區段是（shì）聚合物熔（róng）體經澆口射入模具型（xíng）腔的過程，即充模（mó）過程。這是一個複（fù）雜的過程，一般（bān）為非等溫流動。由於這一注塑（sù）加工（gōng）過程的分析過於複（fù）雜，在這裏不作進一步的闡述。

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

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