一、聚（jù）合物熔體在簡單截麵導管內的（de）流動

在塑料注塑加工成型過程中（zhōng），經常（cháng）會遇到聚（jù）合（hé）物熔體在各種幾何形狀導管內流動的情況。如在（zài）注（zhù）射過程（chéng）中，熔體被柱塞推動前進，從噴嘴經澆注係統注入（rù）型腔內;在擠出注塑加工成型中，熔體被螺杆擠進各種（zhǒng）口模。研究熔體在流動過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、端末效應等都是十分重要的，因為這（zhè）對控製成型（xíng）注塑加工工藝、塑件產量（liàng）和質量、設計成（chéng）型設備和模具都有直接（jiē）關係。由於非（fēi）牛（niú）頓（dùn）流（liú）體流變行為的複（fù）雜性，目前隻能對幾種簡單截麵導管內的流（liú）動作定量的計算。

(一)在圓形導管內的流動

為了研究（jiū）聚合物熔體在圓形導管內的（de）流（liú）動狀況，假設其流體是在半徑為R的圓形導管內作等溫（wēn）穩定的層流運動，且服從指（zhǐ）數定律（lǜ）。取距離 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，在流體層間產（chǎn）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）間接觸麵積的乘積，圓形導管中流動液體受力分析。由此看出，切應力為零，逐漸增大而在管壁處為，據此進一步推導的結果，又可說明流體在圓形導管內的速度分布為什麽呈拋物線形。

對於（yú）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加的（de）切應（yīng）力，所以，可用下麵函數關係來（lái）表示，對於牛頓流體（tǐ），由於牛頓黏性定律可以（yǐ）看為指數方程式r=Ky”中n=1時的特例，此時牛頓黏度（dù）η=ド，故也可得（dé）出相應的流速、體積流量及（jí）管壁處剪切速率的計算公式。線幾（jǐ）何形狀相似，隻是（shì）沿 軸作上下平行移（yí）動而已，因而（ér）K'和n可相應（yīng）視作（zuò）另一個稠度和流動行為指數，也稱表觀稠（chóu）度與表觀流動行（háng）為（wéi）指數。

(二（èr）)在扁形（xíng）導槽內的流動（dòng）

當塑料熔體在等溫條件下經扁（biǎn）形導槽作穩定層流運動時。在扁形導槽（cáo）內取一矩形單元體，其厚度為2y,寬度取1個單位（wèi）長度，長度（dù）為L.假（jiǎ）定扁（biǎn）槽上下（xià）兩麵為無限寬平行麵（miàn）(扁槽寬度W應大於扁槽上下 平行麵距離2B的20倍，此時扁槽兩側壁（bì）對流速 的減緩作用可忽略不（bú）計)，根據力的平衡，得也就（jiù）成為牛頓流體的（de）流動行為，即為牛頓黏性定律方程式，此處K就成為黏度（dù）n.

(三)端末效應與速度分布

如前（qián）所述，在推導流體在各種截麵流道內流（liú）動（dòng）的流動方程式時，不論牛頓流（liú）體或（huò）非（fēi）牛頓流體，都假定流動屬穩定流動狀態，切應力為零，向（xiàng）管壁逐漸（jiàn）增大，而在管壁處為（wéi）。因而，流體在導管內的速度分布為零，向管壁（bì）逐漸減（jiǎn）少，而（ér）在管壁處為 零。對牛頓流體來說，這種速度分布（bù） 呈拋物線（xiàn）形;但是，當流體由儲槽、大管進入導管內時就（jiù）不屬於穩（wěn）定流動，流 體各質（zhì）點的運動（dòng）速度在大小和方向上都隨時發生變化，因而其速度分布幾乎平坦而成（chéng）一直線。隻有貼近（jìn）管（guǎn）壁極（jí）薄一層液（yè）層處，其速度驟（zhòu）降，至管壁處（chù）為零（líng），流體在進入（rù）導管後須經一定距離，穩（wěn）定（dìng）狀態方能形（xíng）成（chéng），實驗測定，流（liú）體在此段內的壓力降總是比用式算出的大。這是因為（wéi）聚合物熔體（tǐ）在此區域內產生（shēng）彈性變（biàn）形和速度調整消耗一（yī）部分的結果。

這種入口損耗曾有人設想為相當於一段導管所引起的損（sǔn）耗，事實上這一段（duàn）導管長度並不存在，因而（ér）稱為“虛構長度（dù）”或“當量長度”。當量長度的長短隨具（jù）體條件而改變（biàn），實驗證明，聚合物熔（róng）體（tǐ）的當量（liàng）長度一般約為導管半（bàn）徑的6倍，在此（cǐ）區域內，料流已經不受導管約束，料流各點速度在此重新調整為相等的速度。

另外，在出口區，假塑性流體繼收縮之後由於彈（dàn）性恢複又出現膨脹，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（zhàng）越嚴重（chóng），可達一倍之多。除上述入口與（yǔ）出口端末效應外，還有一（yī）種現象（xiàng），即當剪切速率高（gāo）達一定值時，流出物表麵呈粗糙狀，剪切（qiē）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（suì）”。在擠出（chū）注（zhù）塑加工成型中（zhōng）往往采用改（gǎi）進成型口模和將流（liú）量控製在（zài）一定範圍內來解決。為（wéi）了分析流（liú）體在穩定流動時的（de）速度分布（bù），對於符合指數函數方程式的（de）非牛（niú）頓流（liú）體和牛頓流體。

二、注（zhù）射成型中的流動狀態分（fèn）析

注射成（chéng）型中的流動過程，可（kě）以分成三個（gè）區段。第I區（qū）段是塑料物料在注射機內旋（xuán）轉螺杆與料筒之（zhī）間進行輸送、壓縮、熔融塑化（huà），並（bìng）將塑化好的熔體儲存在料筒的端部（bù）。第II區段是儲存在料筒端部的塑料熔（róng）體受螺杆的（de）向前推壓通過噴嘴、模具的主流道、分流道和澆口，開始射入（rù）型腔內。這一區（qū）段的特點是各段流道長徑比較大，截（jié）麵一般具有簡單的幾（jǐ）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（wù）理、化學變化。第II區段是塑料熔體經澆（jiāo）口射（shè）入型腔過程中的流動（dòng）、相變及固化。這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、不穩定導（dǎo）熱（rè）等方麵的知（zhī）識（shí）。

(一)流體在流道（dào）中（zhōng）的狀態

注射成型中，流體在第II區段（duàn）的流動要經（jīng）過多種（zhǒng）截麵形（xíng）狀的流道，這裏阻力變化複（fù）雜，壓力損失大，且模（mó）具（jù）中的主流道、分流道和澆口的溫度隨時間而變化，溫度場不穩定。盡管如此，仍可對其分別加以分析。這裏（lǐ），重要的是對塑料熔體流經澆口時狀態的分析。

注射（shè）成型的基本要求（qiú）是根據型腔體積將足量的（de）塑料熔體以較快的（de）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部質量均好的注（zhù）射塑（sù）件。根據實踐經驗，由於注射機（jī）的規格已根據塑（sù）件體積選定，注（zhù）射速率為已知值，也即理（lǐ）想的qv值已確定，因此，根據表觀剪切速率範圍即（jí）澆口可求出澆口截麵尺寸的範圍。也（yě）即求出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（sù）率為已知值，也即理想的qv值已確定，因此（cǐ），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（zhī）間不是孤（gū）立的，而是相互有影響的，改變了某一（yī）個參數，其他參數也隨之而變。下麵分別進行分析。

(1)澆口長（zhǎng）度（dù）L 當注射壓力（lì）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（dù）L,這就使熔體流經澆口的阻力減小，也就（jiù）使澆口入口與出口之間的壓力降減（jiǎn）小，熔體在澆口中的流（liú）速增大，這就增大了q,值。反映到注（zhù）射（shè）螺杆上（shàng），螺杆向前推（tuī）進的速度加快，也即注射速（sù）度加快，所以，縮短澆口長度，在不增（zēng）大（dà）澆口斷麵的情（qíng）況下，就能提高注射速率。同時，由於熔體在澆（jiāo）口中的流速提（tí）高，也即注射速度提（tí）高，熔體的表觀黏（nián）度也相應降低，這是由於非牛頓流體的表（biǎo）觀黏度與剪切速率有關。又短（duǎn）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，總是取值（zhí）。

(2)澆口斷麵尺寸 增（zēng）大澆口斷麵有利（lì）於qv值的增大，qv值隨R4或Wh3成比（bǐ）例增（zēng）長。但是（shì），澆口截麵增大了，熔體在澆口中的流速（sù）減慢，熔體的表觀黏（nián）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（kǒu）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（zhí）減小。所以，澆口斷麵尺寸並（bìng）非越大越好。相反，點（diǎn）澆口（kǒu）之所以成功，是因為絕大多數塑料熔體的表觀黏度是剪切（qiē）速率的（de）函數，熔體流速越快，即qv越大，它的剪切速率越（yuè）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（zhe）斷麵很小（xiǎo），即R很小，熔體流經小澆（jiāo）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（yú）熔體高速流經小澆口，部分轉變為熱能，遂提高了澆口（kǒu）處的（de）局部溫度，也有利於降低（dī）熔體的表觀黏度（dù）。但（dàn）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“剪切速率（lǜ）效應”。超過此極限值時，剪切速（sù）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。對多數塑料來說（shuō），點澆口的直（zhí）徑不大於 1.5mm,對較黏的塑料。

(3)選擇合理的剪切速率 因為大多數塑料熔體都屬於非牛頓假塑性流（liú）體，其（qí）表觀黏度與剪切速率的函（hán）數（shù）式可用式表示（shì）。即n.與y是指數函數關係，不是線型關係。如果剪（jiǎn）切速率再高，表（biǎo）觀（guān）黏度值降低還要少（shǎo）。所以，東莞市馬馳科注塑加工廠要在曲線上選擇一段剪切速率，使它對黏度的影響有利於注射，這是頗為重要的。一般來說，剪切速率取高值，黏度影響小。而且盡可能（néng）高，這是大尺寸（cùn）澆口的模具所難以達到的。

(4)表觀黏度 當模（mó）具充不滿時（shí），除增（zēng）大注射（shè）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（jiàng）低塑料熔體的表觀黏度也是一個有效的（de）辦法。降低黏度的一種辦法是升（shēng）高（gāo）溫度，然而（ér）溫度的（de）升高也有一定限製，不能高（gāo）於聚合物的（de）降解（jiě）溫度，而且溫度提高將會增加塑件在模內的冷卻（què）時間。降低黏度的另一種辦法是提高剪切速率，提高剪切速（sù）率也要受到聚合（hé）物的（de）降解或燒焦以及“熔體破碎”可能性的限製。提高剪切速率可借助於小澆口尺寸或增大注射壓力，也即增（zēng）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（róng）體經澆（jiāo）口（kǒu）射入模具型腔（qiāng）的過程（chéng），即充模過程。這是一個複雜的過程，一般為非等溫流動。由（yóu）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。