第二章 注塑成型工艺塑料成型理论基础.ppt

第二章 塑料成型理论基础 流体在管道内流动时的流动状态：层流和湍流。 流体的流动状态由层流转变为湍流的条件： Re=Dvρ/ηRec 1．等截面圆形管道中的流动 (1)切应力计算 用方程描述温度对聚合物黏度的影响： 牛顿熔体 （2-16） 非牛顿熔体 （2-17） 式中 η——牛顿黏度； K——稠度系数； θo、θ——分别是聚合物在初始状态和终止状态下的热力学温度； ηo、Κo——分别是聚合物在初始状态下的牛顿黏度和稠度系数； R——通用气体常数， R≈8.32J/(mol.K)； E——聚合物的黏流活化能。 E与聚合物品种有关，可由试验测定。 E值：低温下随温度改变变化较大；高温（≥玻璃化温度+100℃）下近似为常数。若在高温下对上面两式取对数后微分，得 (2-18) (2-19) 上式可看出：E值对聚合物黏度和温度之间的关系有影响，E值较大，其黏度对温度的变化率较大，即黏度对温度变化比较敏感。 判定聚合物黏度对温度的敏感程度指标：E值；温度敏感性指标λo。 注意： ①以上讨论温度对黏度的影响均未考虑时间因素；②注射成型中依靠升温降低熔体黏度以改善流动性的工艺控制方法，主要适用于黏度对剪切速率不太敏感或熔体服从牛顿流动规律的聚合物。 3．压力对黏度的影响 在静水压力作用下，聚合物大分子间的自由空间被压缩减小，宏观上将表现出体积收缩，流动阻力随之增大。因此，聚合物成型过程中，成型压力增大，其熔体所受的静水压力也会随之提高，伴随着熔体体积收缩，其黏度数值也将会增大 (图2-14)。 聚合物熔体在高压下产生的体积收缩可用体积压缩率表示，即有 (2-20) 式中 k——体积压缩率； ΔV、Δv——分别是加压后的体积变化和比体积变化； Vo、vo——分别是初始体积和初始比体积。 聚合物黏度和成型压力的关系，根据“熔体空穴理论”，可用下面方程表示： 牛顿熔体 η=ηo eβ(p—po) (2—21) 非牛顿熔体 K=Ko eβ(p—po) (2—22) 其中 (2—23) 式中 η——牛顿黏度； K——稠度系数； po、p——分别是初始压力和终止压力； ηo、Κo——分别是初始状态下的牛顿黏度和稠度系数； β——压缩系数，与聚合物有关； V——包容熔体的流道或模腔容积； R——通用气体常数； θ——热力学温度。 注意： ①黏度对压力的敏感性会因聚合物不同而异。 ②所有条件相同时，聚合物熔体的压缩率越大，其黏度对压力的敏感性越强。 ③各种聚合物的熔体黏度对压力的敏感性不同，注射成型时单纯依靠增大注射压力来提高熔体流量或充模能力的方法并不十分恰当，因过高的注射压力会使注射机产生过多的能耗和过大的机件磨损。成型时应针对具体情况使用温度与压力等效原理，提高温度降低黏度来增大流量，以改善充模流动情况。 ④对需要增大黏度而又不宜采用降温措施的场合，可以考虑采用提高压力的方法解决。 结论：注射成型中考虑压力对黏度的影响时，关键问题在于如何综合考虑生产的经济性、设备和模具的可靠性及制件的质量等因素，确保成型工艺能有最佳的注射压力和注射温度。 五、流体在简单几何形状导管内的流动分析 为什么要分析聚合物熔体在流道中流动规律？ 熔体流动过程中压力降和速度分布变化的原因是什么？ ⑴熔体流动时存在内部黏滞阻力和管道壁的摩擦阻力； ⑵导管截面形状和尺寸改变。 聚合物熔体在流道中流动时的假设条件： ⑴聚合物熔体是牛顿流体或服从幂律流动规律的假塑性流体； ⑵流体为等温的稳态层流； ⑶熔体为不可压缩； ⑷流动时流层在管道壁面上无滑移； ⑸管道为无限长。 分析：等截面圆管半径为R。取距离管中心半径为r、长为L的流体圆柱单元。 推动力为压力降(△P)与圆柱体横截面积(πr2)的乘积，阻力等于切应力(τ)与圆柱体表面积(2πrL)的乘积，即△p (πr2)= τ(2πrL)，由此得 τ=rΔp/2L (2-24) 紧靠管壁处的液层有r=R，管壁处切应力为 τR=RΔp/2L (2-25) 上两式意义： ①任一液层的切应力(τ)与其到圆管轴线的距离(r)和管长方向上的压力梯度(Δp／L)均成正比； ②在管道中心处(r=0)的切应力为零，而在管壁处(r=R)的切应力达到最大值。切应力在圆管径上的分布如图2—17。 注意：切应力的计算并未指明流体的性质，可见管道内液层的切应力与流体