一、聚合物熔體在簡單截麵導管內的（de）流動（dòng）

在塑料注塑加工成型過程中，經（jīng）常會遇到聚合物熔（róng）體（tǐ）在各種幾何形狀導管（guǎn）內流動的情況。如在注射過程中，熔體被柱塞推動前進，從噴嘴經澆（jiāo）注係統注入型腔內;在（zài）擠出注塑加工成型中，熔體被螺杆擠進各種（zhǒng）口模。研（yán）究熔體在流動過程中的流量（liàng）與（yǔ）壓力降的關係、切應力與剪切速率的關係、物料（liào）流速分布、端末效應等都是十分（fèn）重要的，因為這對控製成型注塑加（jiā）工工藝、塑件產量和質量、設（shè）計成型設備和模具都有直接關係。由於非牛頓流體（tǐ）流變行為的複雜性，目前（qián）隻能對（duì）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（liú）動

為了研究聚合物熔體在圓形導（dǎo）管內的流動狀況，假設其流體是在（zài）半（bàn）徑為R的圓形導管內作等（děng）溫穩定的層流運動，且服從指數定律。取（qǔ）距離 T 為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（céng）間產生摩擦力，於是，其中壓力降（jiàng）Δp與圓柱體截麵的乘積必等於切（qiē）應力т與流體層間接（jiē）觸（chù）麵積的乘積，圓（yuán）形導管中流（liú）動（dòng）液體受力分析。由此看出，切應力為零，逐漸增大而在（zài）管壁處為，據此進一（yī）步推導的結果，又可（kě）說（shuō）明流體在圓形導管（guǎn）內的速（sù）度分布為什麽呈拋物線形。

對於（yú）牛頓流（liú）體或非牛頓黏性流體，由於其剪切速率隻（zhī）依賴於所施加的切應力，所以，可用下麵函數關係來表示，對於牛頓流體，由於牛頓黏性定律（lǜ）可以看為指數方程式r=Ky”中n=1時的（de）特例，此時牛頓黏度η=ド，故也可得出相應的（de）流速、體積流量及管（guǎn）壁處剪（jiǎn）切速（sù）率的計（jì）算公式。線幾何形狀相（xiàng）似，隻是沿 軸作上下平行（háng）移動而已，因（yīn）而K'和n可相應視作（zuò）另一個稠度和流動行為指數，也稱表觀稠（chóu）度與（yǔ）表觀流動行為指數。

(二)在扁形（xíng）導槽內的流動

當（dāng）塑料熔體在等溫條件下經扁形導槽作穩定層流運動時。在扁形導槽內取一矩形單元體，其厚度（dù）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W應大於扁槽上下 平行麵距（jù）離2B的20倍，此時扁（biǎn）槽兩側壁對流速 的（de）減（jiǎn）緩作用可忽略不計)，根據力的平衡，得也就（jiù）成（chéng）為牛頓流體的流動行為，即為牛頓黏性定（dìng）律方程式，此處K就成為黏度（dù）n.

(三)端末效應與速度分布

如前所述，在推導流體在各（gè）種截麵流道內（nèi）流動的流動方程式時，不論牛頓流體或非牛頓流體，都假定流動屬穩定流動狀態，切應力為零，向管壁逐（zhú）漸增大，而在管壁（bì）處為。因而（ér），流體在導管內的速度分（fèn）布為零，向管壁逐（zhú）漸減少，而在管壁（bì）處為 零。對（duì）牛頓流（liú）體來說，這種速度分布 呈拋物線形;但是，當流（liú）體由儲槽、大管進入導管內時就不屬於穩定流動（dòng），流 體各質點（diǎn）的運動速度在大（dà）小和方向上都隨時發生變化，因而其（qí）速度分布幾乎（hū）平坦而成一直線（xiàn）。隻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（tài）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的大。這（zhè）是因為聚合物熔體在此區域內產生彈性變形和（hé）速度調整（zhěng）消耗一部（bù）分的結（jié）果。

這種入口損耗曾有人（rén）設想為相（xiàng）當於一段導管所引起的損耗，事實上這一段導管長度（dù）並不存在，因而稱（chēng）為（wéi）“虛構長度”或“當量長度”。當量長（zhǎng）度的長短（duǎn）隨（suí）具體（tǐ）條件而改變，實驗證明，聚合物熔體（tǐ）的當（dāng）量長度一般約為導管半徑的6倍，在此區域（yù）內，料（liào）流已經不受導管約束，料流各點速度在（zài）此重新（xīn）調整為相等的速（sù）度。

另外，在出口區（qū），假塑性流體繼（jì）收（shōu）縮之後由（yóu）於彈（dàn）性恢複又（yòu）出現膨脹，而且脹至比導管直徑還要大。當流出速度恒定時，導管越短，膨脹越嚴重，可達（dá）一倍之多（duō）。除上述入口與出口（kǒu）端末效應外，還（hái）有一（yī）種現象，即當剪切速率（lǜ）高達一定值時，流出物表麵呈粗糙狀，剪切速率越大，流出物越粗糙（cāo），甚至不能成流，很快斷裂，這種現象稱為“熔體破碎（suì）”。在擠出注塑（sù）加工（gōng）成型中往往采用改進成型口模和將流量控（kòng）製在一定範圍內來解決。為了分析（xī）流體在穩定流動時的速度分布，對於符合指數函數方程（chéng）式的非牛頓（dùn）流體和牛頓流體。

二、注射成型中的流動狀（zhuàng）態分析（xī）

注射成型中的流動過（guò）程，可以分成三個區段。第I區段是塑料物（wù）料在注射機內旋轉螺杆（gǎn）與料筒之間進行輸送、壓縮、熔融塑化，並將塑化好（hǎo）的熔體儲（chǔ）存在料筒的（de）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（qián）推壓通過噴（pēn）嘴（zuǐ）、模具的主（zhǔ）流道、分流道和澆口（kǒu），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），截麵一般具有簡單的幾何形狀。注射過程（chéng）中塑料熔體流（liú）動的三個區段流體基本（běn）上不發生物理（lǐ）、化學變化。第II區（qū）段是塑料熔體經澆口射入型（xíng）腔過程中的流動、相變及固（gù）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（liú）動、相遷移理論、不穩定導熱（rè）等方麵的知識。

(一)流體在流道中的狀態（tài）

注射成型中，流體在第II區（qū）段的流動要經過多種截麵形狀的流道，這裏（lǐ）阻力變化複雜，壓力損失大，且模具中（zhōng）的（de）主流道（dào）、分流（liú）道和澆口的溫度隨時間而變化（huà），溫度場不穩定。盡管如此，仍可對其分別加以（yǐ）分析（xī）。這裏，重要的是對塑料熔（róng）體流經（jīng）澆口時狀態的分析（xī）。

注射成型的基本要求是根據型腔體積將足量的塑料熔體以較快的速度注入型腔，再配合其他各種條件，效率地生產出外觀和內部質量均（jun1）好（hǎo）的注射（shè）塑（sù）件。根據實踐經驗（yàn），由於注射機的規格已根據塑件體積選定，注射速率（lǜ）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（wéi）即澆口可求出澆（jiāo）口截麵尺寸的範圍。也即求出R 的範圍和寬厚積Wh的範圍。由於注射機的規格已（yǐ）根據塑件體積選定，注射速率為已知（zhī）值，也即理想（xiǎng）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（jiāo）口截麵尺寸的範（fàn）圍。但是（shì）它們之（zhī）間不是孤立（lì）的，而是相互有影響的，改變了某一個參數（shù），其他參數也隨之而變。下麵分別進行分析。

(1)澆口長（zhǎng）度L 當注射（shè）壓力保持恒定時，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（róng）體流經澆口的阻力（lì）減小，也就使澆口（kǒu）入口（kǒu）與出（chū）口之間（jiān）的壓力降減小，熔體在澆口中的流速（sù）增大，這就增大了q,值。反映到注（zhù）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（tí）高，也即（jí）注射速度（dù）提高，熔體的（de）表觀黏（nián）度也相應降低，這是由於非牛（niú）頓流體的表觀黏度與剪切速率有關（guān）。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（shí），總是取值。

(2)澆口斷麵尺（chǐ）寸 增大澆口斷（duàn）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（miàn）增大了，熔體在（zài）澆口中的流速減慢，熔（róng）體的表觀黏度相應增高。所以，澆口截麵的增大有個極限值，這是大澆口的上限。超過此值時，再增大截麵，由（yóu）於表觀黏度的增大（dà），反而使qv值減小。所以，澆口斷（duàn）麵尺寸（cùn）並非越大越好。相反，點澆口（kǒu）之所以成功（gōng），是因為絕大多數塑料熔體的（de）表觀黏度是剪切速率的函數，熔體流速越快，即qv越大，它的剪切速率越大，因而表（biǎo）觀黏度越小，越容易注（zhù）射（shè）。東莞市馬馳科注塑加工廠 采用（yòng）小澆口意味著（zhe）斷麵很（hěn）小，即R很小，熔體流經小澆口時（shí）流速極大，剪切速率相應也極大，表觀黏度很低。另外，由（yóu）於熔體高（gāo）速流經小澆（jiāo）口，部分轉變為熱能，遂提高了澆口處的局（jú）部溫度（dù），也有利於降低熔體的表觀（guān）黏度。但是，當剪切（qiē）速率提高到極限值時，剪切速率與表觀黏度失去了依（yī）存關係，稱為失（shī）去（qù）了（le）“剪切速率效應”。超（chāo）過此極限值時，剪切速率再增加，表觀黏度不再降低。此時澆口的斷麵就是點澆口的極限尺寸（cùn）。對多數塑（sù）料來說，點澆口的（de）直徑不大於 1.5mm,對較黏的塑料。

(3)選擇（zé）合理的剪切速率 因為大多數塑料（liào）熔體都屬（shǔ）於非牛頓假塑（sù）性流體，其表觀（guān）黏度與剪切速率的函數式可用（yòng）式表示。即n.與y是指數（shù）函數關係，不是線型關係。如果剪切速（sù）率再高，表（biǎo）觀黏度值（zhí）降低還要少。所以，東莞市馬馳科注塑加工廠要在（zài）曲線上選擇一段剪切速（sù）率，使它對黏度的影（yǐng）響有利於注射，這（zhè）是頗為重要的。一般來說，剪（jiǎn）切速率取高值，黏度（dù）影響小。而且盡可能高，這是大（dà）尺寸澆（jiāo）口的模具所難以達到的。

(4)表觀黏（nián）度 當模具充不滿時，除增大注射量和注射速度，加大流道係統尺寸以便將流量傳（chuán）送至澆口外，降低塑料熔體的（de）表觀黏度也是一個有效（xiào）的辦法。降低黏度的一種辦法是升高溫度，然（rán）而溫度的升高也有一定限製，不能高於聚（jù）合物的（de）降解溫度（dù），而且溫度提高將會增加塑件在模內的（de）冷卻時間。降低黏度的另一種辦法是提高剪（jiǎn）切速率，提高剪切速率也（yě）要受（shòu）到聚合物的降解或燒焦以（yǐ）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（shè）壓力，也即增大切應（yīng）力（lì）或兩者兼備（bèi）。

(二)流（liú）體在充模過程中的狀態

注射成型的第（dì）皿區段是聚合物熔體經澆口射入模具型腔的過程（chéng），即（jí）充模過程。這是一個（gè）複雜的過（guò）程，一般為非等溫流動。由於這一注塑加工（gōng）過程的分析過於複（fù）雜，在這裏不（bú）作（zuò）進一步的（de）闡述。

標題：聚合物在成型過（guò）程中的流動狀態 網址：http://www.lw2007.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（bù）分來源於互聯網，其版權（quán）均歸原作者及網站（zhàn）所有，如無意（yì）侵犯您的權利，請與小（xiǎo）編聯係，我們將會在第一（yī）時間核實，如情（qíng）況屬實會在3個工作日內刪除。 7*24小時免（miǎn）費熱線： 13682521790 13714219339

文章關鍵詞（cí）：聚合物在成型（xíng）過程中的流動狀態，注塑模具，注塑模具廠（chǎng）家（jiā）