【正文】 t），也稱為離模膨脹 。依據(jù)一定剪切速率下，料筒－毛細(xì)管的總壓力降與毛細(xì)管的長徑比為線性。 取決于聚合物的品種與入口角 α，入口速度越大， α角越小，越容易產(chǎn)生渦流。 （ 1）入口的壓力降 聚合物熔體從大直徑料筒進(jìn)入小直徑口模會有能量損失，若料筒中某點(diǎn)與口模出口之間總的壓力降為 Δ P，則可將其分成三部分： exdien pppp ???????口模入口處的壓力降 Δpen被認(rèn)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(dá)到流速分布所造成的。 端末效應(yīng)（入口效應(yīng)） 聚合物流體經(jīng)貯槽或大管進(jìn)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(jìn)入穩(wěn)流區(qū) L s，稱此現(xiàn)象稱為入口效應(yīng) 。 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 )。 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。 （ 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。 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(qiáng)烈擾動而引起的過大壓力降和流動缺陷。 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(diǎn)的流線就不能再保持相互平行。 用擠出機(jī)擠出中空異型材的機(jī)頭模孔是常見的異形狹縫通道。 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(jìn)行近似的分析與計算。 在達(dá)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： yLp???（ 2） 將（ 2）代回（ 1），并積分有： ?????????????????????????????? ??11211 mmmy yhmLp??（ 3） 體積流率： ? ?22 22???????????mhLpWq mmm?（ 4） 如用一般流動曲線來求解，則同樣需要換算。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。 mdyd????? y：狹縫截面上任意點(diǎn)到中心線的距離。 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。 二、在狹縫形流道內(nèi)的流動 通常將高度 (或稱厚度 )遠(yuǎn)比寬度或周邊長度小得多的流道稱作狹縫通道。 圖中四條線分別表示四種不同 m值時流速分布情況。 （ 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： Lrp2?? 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。 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(dá)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 (2 π rL) 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(dá)到最大值，剪切應(yīng)力在圓管徑上的分布如下圖所示。 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。 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。 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。 拉伸彈性 RE??? 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。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。 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。 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。因此，這種回復(fù)不是瞬間完成的。 彈性 聚合物熔體在流動時，由于大分子構(gòu)象的變化，產(chǎn)生可回復(fù)的彈性形變，因而發(fā)生了彈性效應(yīng)。 ?)( PT???換算因子： 一般的：帶有體積龐大的苯基的高聚物，分子量較大、密度較低的，其粘度受壓力的影響較大。 對聚合物流體而言，壓力的增加相當(dāng)于溫度的降低。 )(00ppbpp e?? ?? b：壓力系數(shù) 單純通過壓力來提高聚合物的流動性是不恰當(dāng)?shù)?。所以在加工溫度下的壓縮性比普通流體大得多。 如： PMMA、 PC、 PA66等 大幅度增加溫度，不但會引起聚合物熱降解，降低制品質(zhì)量，而且對成型設(shè)備的損耗也較大，并且會惡化工作條件。 √聚合物分子表觀粘度對溫度的敏感性與 聚合物分子鏈剛性、分子間引力、分子量及其分布 有關(guān)。 溫度對剪切粘度的影響 對于處于粘流溫度以上的聚合物，很多研究結(jié)果表明：熱塑性聚合物熔體的粘度隨溫度升高而呈指數(shù)函數(shù)的方式降低。 ?拉伸粘度隨拉伸應(yīng)變速率的變化趨勢與假塑性流體有所不同。 ?拉伸粘度隨拉應(yīng)力方向（單向或雙向）而不同。 通常所見的塑料熔體粘度范圍為： 10～ ，分散體的粘度約在 。 （ 2）震凝性流體 表觀粘度隨剪切應(yīng)力持續(xù)時間上升的流體。 （ 1）搖溶性（或觸變性）流體 表觀粘度隨剪切應(yīng)力持續(xù)時間下降的流體。例如，熱固性塑料注塑時，料筒的加熱應(yīng)控制在使物料塑化后能達(dá)到最低粘度而不會發(fā)生明顯交聯(lián)反應(yīng)的溫度，而模具的加熱溫度則應(yīng)保證成型物在最短的時間內(nèi)固化定型。此后，當(dāng)交聯(lián)反應(yīng)以較高的速度進(jìn)行時，隨交聯(lián)固化程度的增大，體系粘度急劇增大而流動性迅速降低。 φ 為流度，是粘度的倒數(shù) A’和 a均為經(jīng)驗常數(shù)， t為受熱時間 α 交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行的程度 加熱初期熱固性聚合物粘度的急劇減小或流動性的明顯增大．是由于在交聯(lián)反應(yīng)尚未發(fā)生之前加熱使聚合物分于活動性迅速增大的結(jié)果。加之，大多數(shù)交聯(lián)反應(yīng)都明顯放熱，反應(yīng)熱引起的系統(tǒng)溫度升高也對交聯(lián)固化過程有加速作用，這又導(dǎo)致粘度的更迅速增大。 ?固化后無再次熔融、流動和借助加熱而改變形狀的能力。 （ 6）熱固性聚合物的流變特性 熱固性聚合物在成型過程中的粘度變化規(guī)律與熱塑性聚合物有本質(zhì)上的不同。 ?聚臺物流體在這一區(qū)具有最小粘度值，常稱為 第二牛頓粘度或極限粘度 ，以符號 η∞表示。 第三流動區(qū)， 也稱第二牛頓區(qū)或高剪切牛頓區(qū)。 ?在剪切速率變化不大的區(qū)段內(nèi)仍可將流動曲線當(dāng)作直線處理。 第二流動區(qū)， 也稱假塑性區(qū)或非牛頓區(qū)。 零切粘度或第一牛頓粘度，多以符號 η 0表示。 可將聚合物流體在寬廣剪切速率范圍內(nèi)測得的流動曲線劃分為三個流動區(qū)： 第一流動區(qū)， 也稱第一牛頓區(qū)或低剪切牛頓區(qū)。 由圖看出，在很低的剪切速率內(nèi)，剪切應(yīng)力隨剪切速率的增大而快速地直線上升，當(dāng)剪切速率增大到一定值后，剪切應(yīng)力隨剪切速率增大而上升的速率變小。 （ 5）聚合物流體的普適切變流動曲線 前述非牛頓型聚合物流體流變行為的討論僅局限于剪切速率范圍較小的情況，而在寬廣的剪切速率范圍內(nèi)聚合物流體的 τ — γ 關(guān)系與前述之情況并不相同。 稠度 k和流動指數(shù) n與溫度有關(guān)。 顯然：在給定溫度和壓力下，對于非牛頓型流體， ηa不是常量，與剪切速率有關(guān)。 （ 4）冪律函數(shù)方程 描述假塑性和膨脹性的非牛頓流體的流變行為，可用下式描述： ?? nk ??k：流體稠度 n：流動行為指數(shù) ,是判斷這種流體與牛頓型流體流動行為差別大小的參數(shù) k值越大，流體越粘稠； n值離 1越遠(yuǎn)，呈非牛頓性越明顯。即： 剪切變稠。 （ 3）膨脹性流體 流動曲線： 非直線的 ，