【文章內(nèi)容簡介】 種回復(fù)不是瞬間完成的。所以：在聚合物加工過程中的彈性形變及其隨后的回復(fù)，對制品的外觀、尺寸、產(chǎn)量和質(zhì)量都有重要影響。聚合物熔體隨所受壓力不同而表現(xiàn)的彈性也有剪切和拉伸等的區(qū)別。剪切彈性凡彈性模量大的材料，受力時其彈性形變就小，其彈性行為對聚合物加工影響也小。絕大多數(shù)聚合物熔體的剪切模量在定溫下都是隨應(yīng)力的增大而上升的。 τ：剪切應(yīng)力γR：剪切彈性變形G：剪切彈性模量溫度、壓力和相對分子量對聚合物熔體的剪切彈性模量的影響都很有限，影響比較顯著的是相對分子量。相對分子量分布寬的具有較小的模量和大而緩的彈性回復(fù)，相對分子量分布窄的則相反。盡管彈性變形很小，但仍能使熔體產(chǎn)生流動缺陷，從而影響制品質(zhì)量，甚至出現(xiàn)廢品。拉伸彈性σ：拉伸應(yīng)力εR：拉伸彈性形變E：拉伸彈性模量可以用松弛時間來區(qū)別熔體中彈性是剪切彈性還是拉伸彈性。松弛時間較長者表明其彈性形變占優(yōu)勢。流體在簡單截面管道中的流動盡管在塑料成型加工過程中，所使用的模具種類繁多、形式各異，但都不外乎是圓形和狹縫形通道兩種情況，其它形狀的流道都可視為這兩種情況的組合。由于熔體流動時存在內(nèi)部粘滯阻力和管道壁的摩擦阻力，這將使流動過程中出現(xiàn)明顯的壓力降和速度分布的變化，管道的截面形狀和尺寸若有改變，也會引起熔體中的 壓力 、 流速分布 和 體積流率 (單位時間內(nèi)的體積流量 )的變化，所有這些變化，對成型設(shè)備需提供的功率和生產(chǎn)效率及聚合物的成型工藝性等都會產(chǎn)生不可忽視的影響。由于大多數(shù)聚合物熔體的粘度很高，服從冪律函數(shù)，在通常情況下為穩(wěn)態(tài)層流的流體，為簡化分析及計算過程，作以下假設(shè)：（ 1）液體為不可壓縮的；（ 2）流動是等溫過程；（ 3）液體在管道壁面不產(chǎn)生滑動 （即壁面速度等于零）；（ 4）液體的粘度不隨時間而變化， 并且其它性質(zhì)也不變。實際上聚合物熔體在管道中的流動要復(fù)雜得多。一、在圓形流道中的流動圓形通道在注射模和擠出模中最為常見，又可分為等截面的圓管通道和圓錐形通道。如：注射設(shè)備的噴嘴、澆口或流道、擠出機的機頭通道或口模等。如果聚合物熔體在半徑為 R的等截面圓管中的流動符合上述假設(shè)條件，取距離管中心為 r長為 L的流體圓柱單元當(dāng)其在壓力梯度 (ΔP/L)的推動下移動時，將受到相鄰液層阻止其移動的摩擦力作用，在達到穩(wěn)態(tài)層流后，作用在圓柱單元上的推動力和阻力必處于平衡狀態(tài)，即： ΔP(πr2)＝ τ(2πrL)則：剪切應(yīng)力計算管壁處 r＝ R則管壁處的剪應(yīng)力：由此可以看出，任一液層的剪切力 (τ r)與其到圓管中心軸線的距離 (r)和管長方向上的壓力梯度 (ΔP ／ L)均成正比，在管道中心處 (r＝ o)的剪切應(yīng)力為零，而在管壁處(r＝ R)的剪切應(yīng)力達到最大值，剪切應(yīng)力在圓管徑上的分布如下圖所示。在等截面圓形流道中流動時：剪切應(yīng)力和真實剪切速率關(guān)系：可見：流速 υ是隨任意流動層的半徑 r的增大而減小的，中心流速最大。（ 1）若圓管的半徑為 R，管長為 L，于是任意半徑 r處流層所受的剪切應(yīng)力為：p：圓管兩端的壓力降對于一般流體，在管壁處的流動速度為零，即 υr=R=0。（ 2）將（ 2）式代入（ 1）式并求積分，得到流體在任意半徑處的流速 υr：(3)上式表示恒壓下流體在圓管截面上各點的流動速度，也表現(xiàn)出壓力降與流動速度的關(guān)系。圖中四條線分別表示四種不同 m值時流速分布情況。同時，可以求出流體在圓管中的體積流率 q為：（ 4）（ 3）式代入（ 4）式并積分得：(5)毛細管流變儀測出的聚合物流變曲線圖，是由最大剪切力和相應(yīng)的牛頓剪切速率所作的，因此需要校正。二、在狹縫形流道內(nèi)的流動通常將高度 (或稱厚度 )遠比寬度或周邊長度小得多的流道稱作狹縫通道。如用擠出機擠膜，擠板、擠出薄壁圓管和各種中空異型材的機頭?？滓约白⑺苣＞叩钠瑺顫部诘?。常見狹縫通道的截面形狀有平縫形、圓環(huán)形和各種異形等三種。流體所受剪切應(yīng)力和真實剪切速率關(guān)系：流速在沿狹縫形截面寬度中心線上各點最大，在上下兩壁處為零。 y：狹縫截面上任意點到中心線的距離。（ 1）設(shè)平行板狹縫通道的寬度為 w，高度為 2h，在長度為 L的一段上存在的壓力差為 ΔP ＝ P—Po ，如果壓力梯度 (ΔP/ L) 產(chǎn)生的推動力足以克服內(nèi)外摩擦阻力，熔體即可由高壓端向低壓端流動。在狹縫高度方向的中平面上、下對稱地取一寬為 W，長為 L，高為 2h的長方體液柱單元，其在中平面一側(cè)的高為 h。液柱單元受到的推動力為 F1＝ 2WhΔP ，受到上、下兩液層的摩擦阻力為 F2＝ 2WLτh ， τh為與中平面的距離為 H的液層的剪切應(yīng)力。在達到穩(wěn)態(tài)流動后，推動力和摩擦阻力相等，因而有 2WhΔP ＝ 2WLτh ，則：在狹縫的上、下壁面處 (h＝ H)熔體的剪切應(yīng)力為則 y處與中心層平行的流層所受到的剪切應(yīng)力為：（ 2）將（ 2）代回（ 1），并積分有：（ 3）體積流率：（ 4）如用一般流動曲線來求解，則同樣需要換算。三、圓環(huán)形狹縫通道中的流動由兩個同心圓筒構(gòu)成環(huán)隙時，若外筒的內(nèi)半徑 R0與內(nèi)筒的外半徑 R1很接近，就表明環(huán)隙的周邊長度遠比環(huán)隙的厚度大，這樣的環(huán)隙就是圓環(huán)形狹縫通道。圓環(huán)形狹縫展開為平行板狹縫，則這一平行板狹縫的厚度 2H＝ R0R1；寬度 W ＝ 2πR， 面 R＝ (R0+R1)／ 2，當(dāng) 2πR＞＞ R0R1時，對圓環(huán)形狹縫通道中流體的流動進行近似的分析與計算。四、異形狹縫通道中的流動通常將由平行板和同心圓筒構(gòu)成的平縫和圓形狹縫通道以外的各種截面形狀的狹縫通道，均稱作異形狹縫通道。用擠出機擠出中空異型材的機頭?？资浅Ｒ姷漠愋为M縫通道。這些異形狹縫均可看作平行板狹縫和圓環(huán)形狹縫的不同方式組合。五、錐形通道中的流動當(dāng)聚合物流體在沿流動方向截面尺寸逐漸變小的管道中流動時，流體中各部分質(zhì)點的流線就不能再保持相互平行。在層流條件下當(dāng)聚合物流體從一大直徑管流入一小直徑管時，大管中各位置上的流體將改變原有的流動方向，而以一自然角度進入小管，這時流體質(zhì)點的流線將形成一錐角，常稱此錐角的一半為 收斂角 并以 α表示流體以這種方式進行的流動稱為 收斂流動 。因此，大多數(shù)塑料成型設(shè)備的成型模具都采用具有一定錐度的管道來實現(xiàn)由大截面尺寸的管道向小截面尺寸的管道過渡，以避免因流道中存在 “死角 ”而起聚合物熱降解，并有利于減少因出現(xiàn)強烈擾動而引起的過大壓力降和流動缺陷。聚合物流體在錐形管道中流動時：（ 1）中以收斂的方式流動時，在垂直流動的方向上和主流動方向上都存在速度梯度，（ 2）垂直流動方向上的最大速度在錐形管道的中心，（ 3）錐形管道壁面處的速度為零；（ 4）主流動方向上的最大速度在錐形管道的最小截面處，（ 5）面最小速度則在錐形管道截面最大的入口處。（ 6）流體流過錐形管道時除產(chǎn)生剪切流動外，還伴隨有拉伸流動。（ 7）剪切和拉仲兩種流動成分的相對大小主要由收斂角決定，一般情況是隨收斂角的減小，主流動方向上的速度差減小，拉仲流動成分減少而剪切流動成分增多，當(dāng)收斂角減小到零時．收斂流動就完全轉(zhuǎn)變成純剪切流動。流動的缺陷由于聚合物在流動時所表現(xiàn)的彈性行為不僅使前面所推出的一些流動方程的計算值與實際有出入，甚至?xí)诓环€(wěn)定流動中出現(xiàn)一系列不正常的流動缺陷。管壁上的滑移聚合物在導(dǎo)管中流動時，聚合物靠壁處的流速并不為零，而是發(fā)生間斷的流動，或稱滑移。原因：剪切速率的徑向不均勻分布 (靠管壁附近剪切速率最大 )；流動中出現(xiàn)分級效應(yīng) (即相對分子質(zhì)量低的級分較多地集中在管壁附近 )；管壁附近的彈性形變的不均勻性 (管壁處彈性形變大 )?；频某潭炔粌H與聚合物品種有關(guān)，而且還與采用的潤滑劑和管壁的性質(zhì)有關(guān)。端末效應(yīng)（入口效應(yīng)）聚合物流體經(jīng)貯槽或大管進入小管時，在入口端需先經(jīng)一段長為 L e的不穩(wěn)定流動的過渡區(qū)域，才進入穩(wěn)流區(qū) L s，稱此現(xiàn)象稱為入口效應(yīng) 。當(dāng)塑料熔體由導(dǎo)管流出時，料流的直徑有先收縮后膨脹的現(xiàn)象．稱之為 離模膨脹 。（ 1）入口的壓力降聚合物熔體從大直徑料筒進入小直徑口模會有能量損失，若料筒中某點與口模出口之間總的壓力降為 ΔP ，則可將其分成三部分：口模入口處的壓力降 Δpen被認為是由以下原因造成的：，流線在入口處產(chǎn)生 收斂 所引起的能量損失；，因 彈性能的貯蓄 所造成的能量損失；，由于 剪切速率的劇烈增加 所引起的速度的激烈變化，為達到流速分布所造成的。在料筒末端轉(zhuǎn)角處，具有次級環(huán)形流動，即渦流。取決于聚合物的品種與入口角 α，入口速度越