聚合物的流變性能

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2013-09-09 15:52:33點擊率：

　　注塑中把聚合物材料加熱到熔融狀態(tài)下進行加工，這時可把熔體看成連續(xù)介質(zhì)，在機器某些部位上，如螺桿、料筒、噴嘴及模腔流道中形成流場。在流場中熔體受到應(yīng)力、時間、溫度的聯(lián)合作用發(fā)生形變或流動。這樣聚合物熔體的流動就和機器某些幾何參數(shù)和工藝參數(shù)發(fā)生密切的聯(lián)系。

　　處于層流狀態(tài)下的聚合物熔體，依本身的分子結(jié)構(gòu)和加工條件可分近似牛頓型和非牛頓型流體，它們的流變特性暫不予詳細介紹。

　　一、剪切速率、剪切應(yīng)力對黏度的影響

　　通常，剪切應(yīng)力隨剪切速率提高而增加，而黏度卻隨剪切速率或剪切應(yīng)力的增加而下降。

　　剪切黏度對剪切速率的依賴性較強，黏度隨剪切速率的提高而迅速降低，這種聚合物稱作剪性聚合物，這種剪切變稀的現(xiàn)象是聚合物固有的特征，但不同聚合物剪切變稀程度是不同的，了解這一點對注塑有重要意義。

　　二、離模嘭脹效應(yīng)

　　當(dāng)聚合物熔體離開流道口時，熔體流的直徑大于流道出口的直徑，這種現(xiàn)象稱為離模膨脹效應(yīng)。

　　普遍認為這是由聚合物的黏彈效應(yīng)所引起的膨脹效應(yīng)，黏彈效應(yīng)要影響膨脹比的大小，溫度、剪切速率和流道幾何形狀等都能影響熔體的膨脹效應(yīng)。所以膨脹效應(yīng)是熔體流動過程中的彈性反映，這種行為與大分子沿流動方向的剪切應(yīng)力作用和垂直于流動方向的法向應(yīng)力作用有關(guān)。

　　在純剪切流動中法向效應(yīng)是較小的。黏彈性熔體的法向效應(yīng)越大則離模膨脹效應(yīng)越明顯。假如流道長度很短，離模效應(yīng)將受到人口效應(yīng)的影響。這是因為進入澆口段的熔體要收斂流動，流動正處在速度重新分布的不穩(wěn)定時期，如果澆口段很短，熔體料流會很快地出口，剪切應(yīng)力的作用會突然消失，速度梯度也要消除，大分子發(fā)生蜷曲，產(chǎn)生彈性恢復(fù)，這會使離模膨脹效應(yīng)加劇。如果流道足夠長，則彈性應(yīng)變能有足夠的時間進行彈性松弛。這時影響離模膨脹效應(yīng)的主要原因是穩(wěn)定流動時的剪切彈性和法向效應(yīng)的作用。

　　三、剪切速率對不穩(wěn)定流動的影響

　　剪切速率有三個流變區(qū)：①低剪切速率區(qū)，在低剪切速率下，被破壞的高分子鏈纏結(jié)能來得及恢復(fù)，所以表現(xiàn)出黏度不變的牛頓特性。②中剪切區(qū)，隨著剪切速率的提高，高分子鏈段纏結(jié)被順開且來不及重新恢復(fù)，這樣就阻止了鏈段之間相對運動和內(nèi)摩擦的減小，可使熔體黏度降低二至三個數(shù)量級，產(chǎn)生了剪切稀化作用。③高剪切區(qū)，當(dāng)剪切速率很高時黏度可降至小，并且難以維持恒定，大分子鏈段纏結(jié)在高剪切下已全部被拉直，表現(xiàn)出牛頓流體的性質(zhì)。如果剪切速率再提高，出現(xiàn)不穩(wěn)定流動，這種不穩(wěn)定流動形成彈性湍流，熔體出現(xiàn)波紋，破裂現(xiàn)象是熔體不穩(wěn)定的重要標(biāo)志。

　　當(dāng)剪切速率達到彈性湍流時，熔體不僅不會繼續(xù)變稀，反而會變稠，這是因為熔體發(fā)生破裂。

　　四、溫度對黏度的影響

　　黏度依賴于溫度的機理是分子鏈和“自由體積”與溫度之間存在著關(guān)聯(lián)。當(dāng)在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下時，自由體積保持恒定，體積隨溫度增長而大分子鏈開始振動。當(dāng)溫度超過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，大分子鏈段開始移動，鏈段之間的自由體積增加，鏈段與鏈段之間作用力減小，黏度下降。不同的聚合物黏度對溫度的敏感性有所不同。

　　聚合物熔體在注塑時，無論是預(yù)塑階段，還是注射階段，熔體都要經(jīng)受內(nèi)部靜壓力和外部動壓力的聯(lián)合作用。保壓補料階段聚合物一般要經(jīng)受1500kgf/cm2～2000kgf/cm2(150MPa～200MPa)壓力作用，精密成型可高達4000kgf/cm2(400MPa)，在如此高的壓力下，分子鏈段間的自由體積要受到壓縮。由于分子鏈問自由體積減小，大分子鏈段的靠近使分子問作用力加強即表現(xiàn)黏度提高。

　　在加工溫度一定時，聚合物熔體的壓縮性比一般液體的壓縮性要大，對黏度影響也較大。由于聚合物的壓縮率不同，所以黏度對壓力的敏感性也不同，壓縮率大的敏感性大。

　　聚合物也由于壓力提高會使黏度增加，能起到和降低熔體溫度一樣的等效作用。

　　六、相對分子質(zhì)量對黏度的影響

　　一般情況下黏度隨相對分子質(zhì)量增加而增加，由于相對分子質(zhì)量增加使分子鏈段加長，分子鏈重心移動越慢，鏈段間的相對移動抵消機會越多，分子鏈的柔性加大纏結(jié)點增多，鏈的解脫和滑移困難。使流動過程阻力增大，需要的時間和能量也增加。

　　由于相對分子質(zhì)量增加引起聚合物流動性降低，使注塑困難，因此常在高相對分子質(zhì)量的聚合物中加入一些低分子物質(zhì)，如增塑劑等，來降低聚合物的相對分子質(zhì)量，以達到減小黏度，改善加工性能。第四節(jié) 與注塑成型相關(guān)的

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