尽管上述气体计量设计追求的最小气滴在自洁段，但这并不能保证混合和扩散的质量。自洁段下方的混合是制备均匀单相溶液的关键。由于熔体的黏度很高，因此混合过程主要是层流。可以将几种特殊的混合功能分为两种基本混合：分散混合和分布混合。对于气体扩散的直接结果，即形成所谓的单相溶液，每一种混合结果关注的都是气体快速且均匀地扩散。

1.分布混合

分布混合指的是气滴均匀分布于熔体中，不需要高的应力。混合设计包括分散元件，例如螺槽中设置混合销、在螺杆的不同区段采用连续螺棱、多螺槽、多孔交替作为入口和出口等。结果是气体均匀分布于图6-7所示的空间内。理论上讲，分布混合就是气滴从一个地方挪到另一个地方，在挪动过程中没有尺寸的变化。因此，图6-7a所示的所有气滴在从气体注射器进入熔体时都集中在自洁段的上层，经过理想的分布混合后，在空间均匀运动，如图6-7b所示，此时一些气滴在熔体的下面，但是气滴的数量和尺寸没有变化。现有的分布混合器设计一般都具有分离再取向作用，有几种开槽螺棱设计能满足这一要求，最好的是Saxton混合器^[17]，它是Dulmage混合器的改进型^[18]。Saxton混合器上的简单变化是螺旋沟槽将多螺棱截面分开，而不是切向沟槽，这样，就具备了很好的分布混合性能和正位移自洁性能。因此，其在混合段的压力降小，仍然具有可能的泵送能力，因为其具有连续自洁作用。

图6-7 气滴分布混合

a）自洁截面 b）具有分布混合作用的混合截面

有可能对分布混合进行一些定量计算。例如，多槽可能会有数个截面，那么混合器可以由下述可能的条纹数定义：

式中 S_n——多槽型分布混合元件分割的条纹数；

S_f——多槽截面数；

N_mix——一个截面内混合槽的数量。

分布混合对气体扩散过程有两个贡献。一个是分布混合元件使气滴均匀地在螺槽的整个空间内运动。此外，还将气滴彼此分开，这样就降低了气体浓缩在某一区域、形成大气包的危险。换句话说，就是实际上使相邻气滴的间距更大，避免气滴塌陷。另外一个是分布混合使气滴均匀地分散在整个熔体内，这对于模具填充过程非常重要，这样在整个微孔注塑件内泡孔才能均匀分布。这种混合器的详细结构设计将在第7章中介绍。

2.分散混合

分散混合是应力相关混合^[19]，指的是在气滴表面的应力超过气泡自身内在强度时气泡尺寸的减小。如图6-8所示，气泡在螺杆自洁段的气体注射器处开始形成，按图6-8a所示的模式分散。分散混合后，原有大气泡被分成两个甚至更多的小气泡，因此气泡数量增加，所以会有更多的小尺寸气泡，从而增加了气泡与熔体的接触面积，成为增加气体扩散速率最为有效的方法，这是分散混合最重要的贡献。然而，如图6-8b所示，所有小气泡都仍然停留在同样的位置处或其附近（上表层，因为这是其产生地），没有分布混合。这仍然不是满意的结果，因为整个空间内要求的是均匀的气体扩散，而不是局部一点。

图6-8 气泡的分散混合

a）自洁截面 b）具有分散混合作用的分散截面

3.综合性混合

微孔泡沫用螺杆中的实际混合是综合性混合，既有分散混合，也有分布混合，最终的结果是大量的小尺寸气泡均匀地分布在熔体中，即形成所谓的单相溶液。混合截面上的剪切场是图6-9a所示的拖曳流和压力流综合作用的结果。假设最终的剪切场高度是h₁（由于压力流的存在，h₁可能不等于混合槽的深度），两个含气体的柱状单元在剪切之前的间距为l₁，那么将剪切之前的初始柱状气体单元定义为直径d₁、高h₁的柱体。剪切之后，柱体被拉伸成两个伸长了的柱状单元（将拉伸了的椭球形简化为柱状），直径d₂、高h₂。这两个拉伸了的柱状单元不再处于垂直位置，而是在夹角为θ_ld的位置处。这样，两个拉伸了的柱体间的距离就是l₂，很显然，l₂＜l₁，换句话说，就是其间距离减小了，可以按式（6-13）进行计算。

图6-9 剪切场中条纹厚度的变化

a）螺槽中的速度曲线 b）剪切之前的气泡 c）剪切之后的气泡

l₂=l₁sin（θ_ld） （6-13）

在剪切场强度很高时，角θ_ld很小，那么sin（θ_ld）=tan（θ_ld），式（6-13）近似为

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式中 ——混合槽中的剪切速率；

h₁——混合截面剪切场中拖曳流的高度；

l₁——剪切之前两气泡间的距离（有时称为气体扩散时熔体的厚度）；

l₂——两个拉伸了的气泡间的距离；

L_r——剪切产生的位移（相对于零剪切位置处）；

θ_ld——变形气泡相对于水平线的夹角（初始值为90°）。

建议：当为小直径螺杆或螺杆回位速度低时，使用式（6-13）；当为大直径螺杆或螺杆回位速度高时，使用式（6-14），式（6-14）是估算的简单方程。因为剪切速率比较容易计算，类似于式（6-2）和（6-3）有

式中 H_mix——混合截面上剪切区的深度，近似等于混合段的深度

显然，高剪切速率有助于减小两气泡间的塑料熔体厚度，这是加速气体扩散的有效方法。假设剪切场产生了30°的θ_ld，那么，塑料熔体厚度l₂就减小到初始厚度l₁的一半，这是气泡间熔体厚度的大幅度减小。假设混合段的平均深度两倍于熔体计量段，表6-1列出了螺杆转速最高时估算的。

减小气泡内熔体厚度的作用极为重要。的最大值来自于直径30mm的螺杆，高达448s^-1，那么塑料熔体的厚度l₂就是，也就是说，从理论上看，在自洁段，气体扩散后塑料熔体的厚度只有原厚度的1/448。这可能是螺杆转速高时，即使熔体停留时间很短，也能制得比较好的单相溶液的很好解释。

按照图6-9中气泡剪切的概念，还有一种重要的计算。计算时假设原有气泡的直径为d_l1，长度为h₀；此外还假设剪切之后柱体形状保持不变，剪切后气泡被拉伸，直径为d_l2，长度为h₂。那么，如果局部压力和温度保持不变，剪切前后气泡的体积必须保持不变，这样气泡拉伸后的长度l₂由式（6-16）给出：

h₂=h₀/sin（θ_ld） （6-16）

式中 h₂——剪切之后拉伸了的气泡长度；

h₀——剪切之前原有气泡长度。

按照与式（6-14）一样的简化步骤，拉伸了的气泡长度h₂的最终公式可以修正为剪切速率的函数：

假设剪切前后气泡的体积恒定不变，拉伸了的气泡直径d_l2表示为

式中 d_l1——气泡在剪切场中拉伸前的直径；

d_l2——气泡在剪切场中拉伸后的直径。

用式（6-14）、式（6-17）和式（6-18）可以计算剪切前后气泡的所有几何尺寸。几何尺寸与混合段的剪切直接相关。一般来说，使用式（6-15）中的剪切速率是合理的，因为当混合段中存在压力流时，实际的剪切形变大于简化的线性剪切速率。

实际上，剪切速率会在气泡被拉伸得很大之前将气泡拉伸到足够长，使其破裂为小气泡。剪切力与表面力之比是韦伯数We（Weber）[见式（7-11）、式（7-12）和式（7-13）]。简单剪切场时，气泡破裂成小气泡。这是强剪切场中气泡随着其破裂而快速扩散的又一个重要因素。