一概述

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祥細介紹。

 

1、關于流變性能

 

（1）剪切速率，剪切應力對粘度的影響

通常，剪切應力隨剪切速率提高而增加，而粘度卻隨剪切速率或剪切應力的增加而下降。

 

剪切粘度對剪切速率的依賴性越強，粘度隨剪切速率的提高而訊速降低，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。

 

（2）離模膨脹效應

 

當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。

 

普遍認為這是由聚合物的粘彈效應所引起的膨脹效應，粘彈效應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。所以膨脹效應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力作用和垂直于流動方向的法向應力作用有關。

 

在純剪切流動中法向效應是較小的。粘彈性熔體的法向效應越大則離模膨脹效應越明顯。

 

流道的影響；假如流道長度很短，離模效應將受到入口效應的影響。這是因為進入澆口段的熔體要收劍流動，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，這會使離模膨脹效應加劇。

 

如果流道足夠長，則彈性應變能有足夠的時間進行彈性松馳。這時影響離模膨脹效應的主要原因是穩(wěn)定流動時的剪切彈性和法向效應的作用。

 

（3）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)：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，所以表現(xiàn)出粘度不變的牛頓特性。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。

 

這樣就助止了鏈段之間相對運動和內(nèi)磨擦的減小。可使熔體粘度降低二至三個數(shù)量級，產(chǎn)生了剪切稀化作用。在高剪切區(qū)，當剪切速率很高粘度可降至最小，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)定的重要標志。

 

當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。

 

（4）溫度對粘度的影響

 

 粘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聯(lián)。當在玻璃化溫度以下時，自由體積保持恒定，體積隨溫度增長而大分子鏈開始振動。當溫度超過玻璃化溫度時，大鏈段開始移動，鏈段之間的自由體積增加，鏈段與鏈段之間作用力減小，粘度下降。不同的聚合物粘度對溫度的敏感性有所不同。

 

（5）壓力對粘度的影響

 

 聚合物熔體在注塑時，無論是預塑階段，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1500~2000kgf/cm2壓力作用，精密成型可高達4000kgf/cm2,在如此高的壓力下，分子鏈段間的自由體積要受到壓縮。

 

由于分子鏈間自由體積減小，大分子鏈段的靠近使分子間作用力加強即表現(xiàn)粘度提高。

 

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，對粘度影響也較大。由于聚合物的壓縮率不同，所以粘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粘度增加，能起到和降低熔體溫度一樣的等效作用。

 

（6）分子量對粘度的影響

 

一般情況下粘度隨分子量增加而增加，由于分子量增加使分子鏈段加度，分子鏈重心移動越慢，鏈段間的相對們移抵消機會越多，分子鏈的柔性加大纏結(jié)點增多，鏈的解脫和滑移困難。使流動過程助力增大，需要的時間和能量也增加。

 

由于分子量增加引起聚合物流動降低，使注塑困難，因此常在高分子量的聚合物中加入一些低分子物質(zhì)，如增塑劑等，來降低聚合物的分子量，以達到減小粘度，改善加工性能。