“浮纖”是一種玻璃纖維增強塑料制品易出現的表面缺陷，這對于外觀要求高的部件是不能接受的，具體表現為制品表面產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重。

造成“浮纖”現象的原因是，在塑料熔體流動過程中，由于玻纖與樹脂的流動性有差異，而且質量密度不同，樹脂體系加入玻纖后流變性能下降，在注塑成型的時候即產生浮纖。為了探究消除“浮纖”的解決方法，國高材分析測試中心通過研究普通玻纖增強前后PP流變行為的變化，分析了玻纖對PP體系流變性能的影響，為工藝改進提供了優化方案。

試驗設備

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

國高材分析測試中心高壓毛細管流變儀

非牛頓指數和稠度

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，即熔體流動行為偏離牛頓流體的程度較少，增強后的體系比未增強減少程度低。增強后體系的K值增大而n值減少，這表明玻纖的加入使PP的非線性性質增強。

表1 不同溫度下的非牛頓指數和稠度

表觀黏度

剪切黏度是高分子材料流變性質中最重要的材料函數之一，大量的實驗數據表明，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時的黏度和剪切速率為1000s^-1時的黏度之比，可作為聚合物剪切敏感性的指標；將在給剪切速率（100s^-1或1000s^-1）下相差40℃的兩個溫度下剪切黏度的比值作為溫度敏感性指標。

表2 表觀黏度的敏感指標

表2 可以看出，15%玻纖增強后，體系表觀黏度對剪切敏感性提高而對溫度敏感性降低。

3.1 表觀黏度與剪切速率的關系

試樣表觀黏度與剪切速率關系圖如圖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對剪切的敏感程度增加，其原因為玻纖的加入使體系與儲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，其原因為剪切速率提高，流動時間比松弛時間短，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，涌現流動的大分子纏結點被拆除，玻纖更易于隨流場發生取向。這樣擠出物浮纖相對減少，表面光滑。

圖2 15%GFPP毛細管擠出物（X105）

3.2 表觀黏度與溫度的關系

黏流活化能Eη是描述材料黏-溫依賴型的物理量。Eη定義為流動過程中，流動單元用于克服位壘，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以后趨于穩定。

結合圖2 15%GFPP毛細管擠出物放大圖片，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樹脂為流動連續相，而玻纖為分散相。在毛細管流場中，毛細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，因而體系在流經毛細管的時候，剛性的玻纖會被“推”到管壁，在305~2859^-1間體系在流動方向受到的阻力大部分為玻纖與管壁的摩擦力，即體系在口模中發生壁滑。從如3可以看到，當剪切速率超過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，說明體系在流經毛細管口模的時候，在管壁處一部分樹脂將玻纖包覆，使體系與管壁發生黏附，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

剪切速率為305~2859^-1區間，15%GFPP在高壓毛細管流變儀口模中會發生壁滑作用，此區間體系黏流活化能趨于穩定。國高材分析測試中心建議，提高熔體溫度和增大剪切速率，減少擠出物的表面浮纖。

國高材直播間

主講：龐承煥

時間：每周四 17:00

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