流變儀測試案例分享

流變儀測試案例分享

“浮纖”是一種玻璃纖維增強(qiáng)塑料制品易出現(xiàn)的表面缺陷，這對(duì)于外觀要求高的部件是不能接受的，具體表現(xiàn)為制品表面產(chǎn)生了放射狀的白色痕跡，而且這種白色痕跡隨玻纖含量的增加趨于嚴(yán)重。

造成“浮纖”現(xiàn)象的原因是，在塑料熔體流動(dòng)過程中，由于玻纖與樹脂的流動(dòng)性有差異，而且質(zhì)量密度不同，樹脂體系加入玻纖后流變性能下降，在注塑成型的時(shí)候即產(chǎn)生浮纖。為了探究消除“浮纖”的解決方法，鑠思百檢測分析測試中心通過研究普通玻纖增強(qiáng)前后PP流變行為的變化，分析了玻纖對(duì)PP體系流變性能的影響，為工藝改進(jìn)提供了優(yōu)化方案。

試驗(yàn)設(shè)備

高壓毛細(xì)管流變儀：RG20，德國Goettfert；二次元影像量測儀：YX3020，東莞源欣光學(xué)儀器。

鑠思百檢測分析測試中心高壓毛細(xì)管流變儀

非牛頓指數(shù)和稠度

從表1中可以看出，隨著溫度升高，PP與15%GFPP的K值減少，n值增大，即熔體流動(dòng)行為偏離牛頓流體的程度較少，增強(qiáng)后的體系比未增強(qiáng)減少程度低。增強(qiáng)后體系的K值增大而n值減少，這表明玻纖的加入使PP的非線性性質(zhì)增強(qiáng)。

表1 不同溫度下的非牛頓指數(shù)和稠度

表觀黏度

剪切黏度是高分子材料流變性質(zhì)中最重要的材料函數(shù)之一，大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，高分子材料的剪切黏度受眾多因素影響。其中，剪切和溫度的影響尤為明顯。

熱塑性塑料在剪切速率為10s^-1或100s^-1時(shí)的黏度和剪切速率為1000s^-1時(shí)的黏度之比，可作為聚合物剪切敏感性的指標(biāo)；將在給剪切速率（100s^-1或1000s^-1）下相差40℃的兩個(gè)溫度下剪切黏度的比值作為溫度敏感性指標(biāo)。

表2 表觀黏度的敏感指標(biāo)

表2 可以看出，15%玻纖增強(qiáng)后，體系表觀黏度對(duì)剪切敏感性提高而對(duì)溫度敏感性降低。

3.1 表觀黏度與剪切速率的關(guān)系

試樣表觀黏度與剪切速率關(guān)系圖如圖1 所示。由圖1可知，在相同條件下，15%GFPP比PP的表觀黏度大，即玻纖的加入造成體系表觀黏度變大。從圖1還可以看出，PP和15%GFPP下降的程度比PP大，這表明15%玻纖的加入使PP對(duì)剪切的敏感程度增加，其原因?yàn)椴＠w的加入使體系與儲(chǔ)料桶和口模的摩擦力增大。

圖1 PP與15%GFPP的表觀黏度與剪切速率關(guān)系圖

由圖2可以看到，在相同的溫度下，高剪切速率擠出物比低剪切擠出物表面光滑，其原因?yàn)榧羟兴俾侍岣撸鲃?dòng)時(shí)間比松弛時(shí)間短，致使PP中的大分子鏈來不及完全松弛，這樣PP分子鏈的法向力減少；再加上剪切速率提高后，涌現(xiàn)流動(dòng)的大分子纏結(jié)點(diǎn)被拆除，玻纖更易于隨流場發(fā)生取向。這樣擠出物浮纖相對(duì)減少，表面光滑。

圖2 15%GFPP毛細(xì)管擠出物（X105）

3.2 表觀黏度與溫度的關(guān)系

黏流活化能Eη是描述材料黏-溫依賴型的物理量。Eη定義為流動(dòng)過程中，流動(dòng)單元用于克服位壘，由原為止躍遷到附近“空穴”所需的最小能量。Eη既反映著材料流動(dòng)的難易程度，更重要的是反映了材料黏度變化的溫度敏感性。

高分子熔體黏度與溫度的依賴關(guān)系可用阿倫尼烏斯公式很好地描述，圖3為PP和15%GFPP不同剪切速率下的恒剪切速率黏流活化能。

圖3 不同剪切速率下的黏流活化能

由圖3可以看出，在2859s^-1之前，15%GFPP的黏流活化能小于PP。PP樹脂的黏流活化能隨著剪切速率的增大而減少，而15%GFPP體系的黏流活化能在剪切速率大于305s^-1以后趨于穩(wěn)定。

結(jié)合圖2 15%GFPP毛細(xì)管擠出物放大圖片，可以看出15%GFPP擠出物的表面比較粗糙。在15%GFPP熔融體系中，PP樹脂為流動(dòng)連續(xù)相，而玻纖為分散相。在毛細(xì)管流場中，毛細(xì)管中心的流速快而越靠近管壁流速越慢，再加上PP熔體存在彈性，因而體系在流經(jīng)毛細(xì)管的時(shí)候，剛性的玻纖會(huì)被“推”到管壁，在305~2859^-1間體系在流動(dòng)方向受到的阻力大部分為玻纖與管壁的摩擦力，即體系在口模中發(fā)生壁滑。從如3可以看到，當(dāng)剪切速率超過3000^-1后15%GFPP體系的黏流活化能略變大，而圖2e和f顯示在較大剪切速率下，擠出物表面的玻纖明顯減少，說明體系在流經(jīng)毛細(xì)管口模的時(shí)候，在管壁處一部分樹脂將玻纖包覆，使體系與管壁發(fā)生黏附，造成體系的黏流活化能變大。

從圖2中可以看到，在相同的剪切速率下，240℃擠出物比200℃擠出物表面光滑。

總結(jié)

剪切速率為305~2859^-1區(qū)間，15%GFPP在高壓毛細(xì)管流變儀口模中會(huì)發(fā)生壁滑作用，此區(qū)間體系黏流活化能趨于穩(wěn)定。鑠思百檢測分析測試中心建議，提高熔體溫度和增大剪切速率，減少擠出物的表面浮纖。