熔體的案例
熔體強度與熔體破裂
熔體強度
聚合物的熔體強度是擠出加工和吹塑加工材料的重要特征。它取決于熔體粘度、熔體的高彈性能、聚合物分子量、溫度以及其它技術(shù)參數(shù)。對于制造大尺寸吹塑制件、較大尺寸和重量的管狀熔體加工設(shè)備是非常重要的。熔體脹大效應(yīng)和熔體強度對模具的選擇和加工過程技術(shù)參數(shù)的選擇很重要，以保證生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品。
對于LDPE/LLDPE體系的研究發(fā)現(xiàn)，分子結(jié)構(gòu)對聚合物熔體的性質(zhì)影響非常大，鏈上含有星狀結(jié)構(gòu)支鏈的聚合物對施加于熔體上的剪切力更敏感。在LLDPE中加入梳狀或者星狀高分子，通過改變加入的梳狀高分子的濃度以及改變梳狀高分子的大分子支化度，可以有效地控制共混物的熔體強度和粘度。在LLDPE中加入10%的梳狀高分子（乙烯與己烯的共聚物），聚合物的熔體強度可以增加一個數(shù)量級，而共混物的熔體流動指數(shù)變化較小。
為了測定聚合物的熔體強度，可以在毛細(xì)管流變儀上加裝特殊裝置。其測量的原理是：聚合物熔體的擠出料條通過兩個反向旋轉(zhuǎn)的夾輥的輥隙，夾輥以一定的加速度旋轉(zhuǎn)，將聚合物熔體斷裂時的最大外力定義為熔體強度。此外，由于聚合物熔體在一定剪切力和熱效應(yīng)作用下離開具有一定幾何形狀的毛細(xì)管后，達(dá)到一定長度時將在自身重力下斷裂，因此這一過程也可以用于測量熔體強度。熔體強度定義為擠出熔體的質(zhì)量與毛細(xì)管橫截面積之比（在找個定義下，可以排除難以測量擠出物橫截面積而導(dǎo)致的誤差）。
熔體破裂
熔體破裂是高分子材料加工時會出現(xiàn)的現(xiàn)象。實驗表明，高分子熔體從口模擠出時，當(dāng)擠出速率過高，達(dá)到某一臨界剪切速率時的，容易造成彈性湍流，導(dǎo)致流動不穩(wěn)定，擠出物表面粗糙。隨著擠出速度的增大，可能分別出現(xiàn)波浪形、鯊魚皮形、螺旋形等畸變，最后導(dǎo)致完全無規(guī)則的擠出物斷裂。
展開 新能源汽車用聚丙烯基微發(fā)泡材料應(yīng)該更關(guān)注熔體粘度還是熔體強度？
在塑料加工領(lǐng)域，熔體粘度和熔體強度是兩個至關(guān)重要卻又常被混淆的核心參數(shù)。它們?nèi)缤芰霞庸み^程中的"血液"與"骨骼"，共同決定著材料的加工行為和最終產(chǎn)品性能。全面理解這兩者的本質(zhì)區(qū)別、相互作用以及準(zhǔn)確檢測方法，對于優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提升產(chǎn)品質(zhì)量、開發(fā)新材料具有至關(guān)重要的指導(dǎo)意義。本文將深入探討熔體粘度與熔體強度的基本概念、在加工中的應(yīng)用差異、檢測技術(shù)及其在實際生產(chǎn)中的協(xié)同作用，為塑料行業(yè)從業(yè)人員提供系統(tǒng)性的參考框架。
本質(zhì)概念區(qū)別
熔體粘度和熔體強度雖然都是描述塑料熔體流變行為的關(guān)鍵參數(shù)，但它們的物理本質(zhì)和作用機制存在著根本性的差異。
熔體粘度是塑料熔體抵抗流動的內(nèi)在阻力的量度，定義為剪切應(yīng)力與剪切速率之比。它本質(zhì)上反映了分子鏈之間、鏈段之間以及分子鏈與填充物之間的相互摩擦作用力。粘度高的熔體流動困難，需要更高的加工壓力；而粘度低的熔體則容易流動，填充模具更為容易。粘度受到多種因素影響，包括分子量（分子量越高，粘度越高）、分子量分布（分布越寬，剪切稀化效應(yīng)越明顯）、溫度（溫度升高，粘度降低）以及剪切速率（對于非牛頓流體，粘度隨剪切速率增加而降低）。
圖 常用塑料的粘度與溫度的關(guān)系
熔體強度則是指塑料熔體在受拉伸時抵抗斷裂的能力，它反映了熔體在拉伸應(yīng)力下的內(nèi)在韌性和自支撐性。熔體強度高的材料能夠承受更大的拉伸形變而不破裂，這對于吹塑、熱成型、發(fā)泡和紡絲等涉及拉伸流動的加工工藝至關(guān)重要。熔體強度主要取決于分子鏈的纏結(jié)程度、分子量大小、支化結(jié)構(gòu)（長鏈支化可顯著提高熔體強度）以及是否存在交聯(lián)。
值得注意的是，熔體粘度和熔體強度并不總是正相關(guān)。
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在塑料加工領(lǐng)域，熔體粘度和熔體強度是兩個至關(guān)重要卻又常被混淆的核心參數(shù)。它們?nèi)缤芰霞庸み^程中的"血液"與"骨骼"，共同決定著材料的加工行為和最終產(chǎn)品性能。全面理解這兩者的本質(zhì)區(qū)別、相互作用以及準(zhǔn)確檢測方法，對于優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提升產(chǎn)品質(zhì)量、開發(fā)新材料具有至關(guān)重要的指導(dǎo)意義。本文將深入探討熔體粘度與熔體強度的基本概念、在加工中的應(yīng)用差異、檢測技術(shù)及其在實際生產(chǎn)中的協(xié)同作用，為塑料行業(yè)從業(yè)人員提供系統(tǒng)性的參考框架。
本質(zhì)概念區(qū)別
熔體粘度和熔體強度雖然都是描述塑料熔體流變行為的關(guān)鍵參數(shù)，但它們的物理本質(zhì)和作用機制存在著根本性的差異。
熔體粘度是塑料熔體抵抗流動的內(nèi)在阻力的量度，定義為剪切應(yīng)力與剪切速率之比。它本質(zhì)上反映了分子鏈之間、鏈段之間以及分子鏈與填充物之間的相互摩擦作用力。粘度高的熔體流動困難，需要更高的加工壓力；而粘度低的熔體則容易流動，填充模具更為容易。粘度受到多種因素影響，包括分子量（分子量越高，粘度越高）、分子量分布（分布越寬，剪切稀化效應(yīng)越明顯）、溫度（溫度升高，粘度降低）以及剪切速率（對于非牛頓流體，粘度隨剪切速率增加而降低）。
圖 常用塑料的粘度與溫度的關(guān)系
熔體強度則是指塑料熔體在受拉伸時抵抗斷裂的能力，它反映了熔體在拉伸應(yīng)力下的內(nèi)在韌性和自支撐性。熔體強度高的材料能夠承受更大的拉伸形變而不破裂，這對于吹塑、熱成型、發(fā)泡和紡絲等涉及拉伸流動的加工工藝至關(guān)重要。熔體強度主要取決于分子鏈的纏結(jié)程度、分子量大小、支化結(jié)構(gòu)（長鏈支化可顯著提高熔體強度）以及是否存在交聯(lián)。
值得注意的是，熔體粘度和熔體強度并不總是正相關(guān)。
展開 高熔指熔噴聚丙烯熔體流動速率（MFR）最優(yōu)測定方法探究
而這種熔噴布的原料就是高熔體流動速率的熔噴聚丙烯（PP），采用熔噴工藝制造出布料。熔噴聚丙烯熔體流動速率越高，熔噴出的纖維就越細(xì)，制成的熔噴布過濾性也越好。因此準(zhǔn)確地測定熔噴聚丙烯的熔體流動速率對判定熔噴聚丙烯的產(chǎn)品質(zhì)量和實際用途具有十分重要的意義。
熔體流動速率
Q1
熔體流動速率的定義
熔體質(zhì)量流動速率MFR（Melt Mass-Flow Rate）和熔體體積流動速率MVR（Melt Volume-Flow Rate）
在規(guī)定的溫度、負(fù)荷以及活塞位置條件下，熔融的樹脂通過規(guī)定長度和內(nèi)徑的口模時的擠出速率。以規(guī)定時間擠出的質(zhì)量作為熔體質(zhì)量流動速率MFR，通常以每10分鐘擠出的熔體質(zhì)量來表示，單位為g/10min；以規(guī)定時間擠出的體積作為熔體體積流動速率MVR，通常以每10分鐘擠出的熔體質(zhì)量來表示，單位為cm3/10min。
相同條件的熔體在一定剪切速率下，MFR與MVR可以換算，即MVR乘以熔體密度等于MFR。
展開 
影響塑料熔體粘度的因素分析
影響粘度的幾個因素
粘度是塑料加工性最重要的基本概念之一，是對流動性的定量表示，影響粘度的因素有熔體溫度、壓力、剪切速率以及相對分子質(zhì)量等，下面分別敘述。
1、溫度的影響
由前面的分析已經(jīng)知道，塑料的粘度是剪切速率的函數(shù)，但是，塑料的粘度同時也受到溫度的影響。所以，只有剪切速率恒定時，研究溫度對粘度的影響才有實際意義。一般說，塑料熔體粘度的敏感性要比對剪切作用敏感強。研究表明，隨著溫度的升高，塑料熔體的粘度呈指數(shù)函數(shù)方式下降。
這是因為，溫度升高，必然使得分子間，分子鏈間的運動加快，從而使得塑料分子鏈之間的纏繞降低，分子之間的距離增大，從而導(dǎo)致粘度降低。易于成型，但制品收縮率大，還會引起分解，溫度太低，熔體粘度大，流動困難，成型性差，并且彈性大，也會使制品的形狀穩(wěn)定性差。
但是不同的塑料粘度對于溫度的程度不同。聚甲醛對溫度的變化最不敏感，其次是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯，最敏感的要數(shù)乙酸纖維素，表1中列出了一些常用塑料對于溫度的敏感程度。非常敏感的塑料，溫控十分重要，否則粘度較大變化，使操作不穩(wěn)定，影響產(chǎn)品質(zhì)量。
展開 注塑成型時，如何防止塑料熔體破裂？
當(dāng)熔體在高速，高壓條件下注入容積較大的型腔時，極易產(chǎn)生熔體破裂現(xiàn)象，此時，熔體表面出現(xiàn)橫向斷裂，斷裂面積為粗糙地夾雜在塑件表層形成糊斑。特別是少量熔料直接注入容易過大的型腔時，熔體破裂更為嚴(yán)重，所呈現(xiàn)的糊斑也就越大。
熔體破裂的本質(zhì)是由于高聚物熔料的彈性行為產(chǎn)生的，當(dāng)熔料在料筒中流動時，靠近料筒附近的熔料受到筒壁的磨擦，陰力較大，熔料的流動速度較小，熔料一旦從噴嘴注出，管壁作用的陰力消失，而料筒中部的熔料流速極高，筒壁處的熔料被中心處的熔料攜帶而加速，由于熔料的流動是相對連續(xù)的，內(nèi)外熔料的流動速度將重新排列，趨于平均速度。
在此過程中，熔料將發(fā)生急劇的應(yīng)力變化將產(chǎn)生應(yīng)變，因注射速度極快，所受到的應(yīng)力特別大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熔料的應(yīng)變能力，導(dǎo)致熔體破裂。
如果熔料在流道中遇有突然的形狀變化，如直徑收縮，擴大以及出現(xiàn)死角等，熔料在死角處停留和循環(huán)，它與正常熔料的受力不同，剪切形變較大，當(dāng)其混入正常流料中注出時，由于兩者的形變恢復(fù)不一致，不能彌合，若懸殊很大，則發(fā)生斷裂破裂，其表現(xiàn)形式也是熔體破裂。
由上可知，要克服困熔體破裂，避免產(chǎn)生糊斑：
一是要注意消除流道中的死角，使流道盡量流線化；
二是適當(dāng)提高料溫，減少熔料松馳時間，使其形變?nèi)菀谆謴?fù)和彌合；
三是在原料中添加低分子物，因為熔料分子量越低，分布越寬，越有利于減輕彈性效應(yīng)；
四是適當(dāng)控制注射速度和螺桿轉(zhuǎn)速；
五是合理設(shè)置澆口位置及選擇正確的澆口形式，這點相當(dāng)重要，實踐表明，采用擴大型點澆口，潛伏澆口（隧道澆口）較為理想。澆口的位置最好選擇在熔料先注入過渡腔后再進(jìn)入較大的容腔，不要使流料直接進(jìn)入較大的容腔。
展開 汽車進(jìn)氣管用TPEE改性材料的流變性能和熔體強度研究
在需要進(jìn)行熔體拉伸變形的工藝如吹塑，發(fā)泡，應(yīng)變硬化是一個關(guān)鍵參數(shù)。
圖4 不同改性樣品在不同應(yīng)變速率下的瞬態(tài)拉伸黏度曲線
為了更直觀觀察對比擴鏈劑對熔體強度的提升，固定應(yīng)變速率為0.5，作應(yīng)力對Hencky應(yīng)變的圖，如圖5所示，隨著SAG添加量的提高，熔體拉伸強度逐步提高，當(dāng)添加量達(dá)到2%時，熔體應(yīng)力應(yīng)變曲線與Hyt4275相當(dāng)，最大應(yīng)力有所超過。在吹塑過程中，熔體強度是最為關(guān)鍵的材料參數(shù)，熔體強度越高，在吹塑過程中材料抵抗重力引起的形變能力越強，得到的制件壁厚越均勻，且能滿足大尺寸制件生產(chǎn)。
圖5 不同改性樣品熔體應(yīng)力應(yīng)變曲線
04
結(jié)論
(1)旋轉(zhuǎn)流變測試中，樣品在低頻段下的復(fù)數(shù)粘度及儲能模量均隨擴鏈劑加入量提高而提高，說明支化結(jié)構(gòu)隨擴鏈劑的添加而提高
(2)當(dāng)擴鏈劑添加量大于0.7時，TPEE有明顯的應(yīng)變硬化，而當(dāng)添加量達(dá)到1.5時，熔體的應(yīng)力應(yīng)變曲線與Hyt-4275基本一致。
展開 如何減少塑料熔體在模腔內(nèi)的不規(guī)則流動
熔體注入型腔后先在模具腔壁上形成一層薄的表殼，當(dāng)這層表殼在充模過程中受到后續(xù)熔料的擠壓時，就會導(dǎo)致熔體破裂。
一旦很薄的表殼被撕破或發(fā)生移動，塑件表面即產(chǎn)生搓痕或皺紋。例如，在熔體指數(shù)較小的低密度聚乙烯塑件上，其表面徑常可以看到明暗交替的條形區(qū)域，其產(chǎn)生的部位一般離澆口有一定距離，并遍布整個表面，尤其是薄壁塑件最容易產(chǎn)生這類故障，這主要是由于熔料在充填小熔腔尚未結(jié)束前受到較大的壓力，導(dǎo)致熔體破裂，形成表面缺陷。
通常，減慢熔料在充模過程中的冷卻速度和表殼層的形成速率是消除這類故障的最好辦法，可以通過適當(dāng)提高模具溫度或提高熔體破裂部位的局部溫度來排除這一故障。對于模腔表面的局部加熱，可利用安裝在澆口附近及熔體破裂部位的小型管式電加熱器來實現(xiàn)。
熔體在模腔內(nèi)產(chǎn)生不規(guī)則脈沖流動
熔料的流動特性與其流變性能有關(guān)，還與決定熔料在模具入口處剪切速率的澆口截面積有關(guān)。當(dāng)澆口尺寸很小而注射速率很高時，熔料是以細(xì)而彎曲的射流態(tài)注入型腔的，若熔料的冷卻速度很快，就會與后續(xù)充模的不規(guī)則流料熔合不良，導(dǎo)致澆口附近產(chǎn)生表面混濁及斑紋。
有時，少量冷料會沿著模腔表面移動，使表面混濁及斑紋產(chǎn)生在離澆口較遠(yuǎn)的部位。
通常，結(jié)晶型聚合物注射時產(chǎn)生的表面混濁及斑紋較難排除，因為這類樹脂的熔融溫度相當(dāng)高，與非結(jié)晶型聚合物相比，結(jié)晶型聚合物的固化速度快，加工溫度區(qū)域窄，而且在壁厚急劇變化和熔料突然改變流動方向處產(chǎn)生的不規(guī)則流動熔料與其余熔料在型腔中熔合的時間也比較短，很容易產(chǎn)生表面混濁及斑紋。
對于排除這類故障，在工藝操作方面，應(yīng)適當(dāng)提高模具，料筒及噴嘴溫度，降低注射時螺桿的前進(jìn)速度。
展開 技術(shù)研究｜利用高壓毛細(xì)管流變儀研究熔體的穩(wěn)定流動
從圖4B還可以發(fā)現(xiàn)，表觀粘度（ETAap1）一欄在固定剪切速率1000 s-1時出現(xiàn)了明顯下降，可以推斷熔體在長時間的高溫條件下發(fā)生了分解，導(dǎo)致平均分子量下降，引起粘度下降。
我們進(jìn)一步升高溫度至260°C和270°C，對該溫度下的熔體穩(wěn)定性進(jìn)行了測試，結(jié)果見圖5。對比圖5B和圖5B，發(fā)現(xiàn)材料在260°C和250°C保持1小時后其粘度分別為原來的62%和53%，說明260°C和250°C兩個溫度對材料降解程度的影響相當(dāng)。但在270°C時材料的粘度隨時間遞增而產(chǎn)生了強烈的下降，1小時后的粘度保持率僅有15%，因此在270°C時材料的分解情況要比260°C和250°C嚴(yán)重的多，此外，擠出的物料在此時也出現(xiàn)了明顯的黃變（圖6）。從以上結(jié)果可知，材料在注塑時需要對熔融時間和熔融溫度進(jìn)行綜合考慮，從而避免材料降解、交聯(lián)等導(dǎo)致性能下降和失效；同時需要注意對加熱管道的死角等進(jìn)行清理，避免長時間的加熱產(chǎn)生焦化、黑點等問題。
PART
03
案例總結(jié)
本案例通過對高壓毛細(xì)管流變儀的軟件參數(shù)進(jìn)行調(diào)教，成功開發(fā)出了針對聚合物材料熔體穩(wěn)定性研究的方法，對于指導(dǎo)材料的注塑加工工藝，排查生產(chǎn)問題具有指導(dǎo)意義。
PART
04
經(jīng)驗建議
通過了解高壓毛細(xì)管流變儀的各項設(shè)置的原理，可以針對不同的測試需求去設(shè)置對應(yīng)的參數(shù)來達(dá)到我們的測試目的，開發(fā)不同的方法，以進(jìn)行更深層次的技術(shù)研究，拓展儀器檢測能力。本案例分享了熔體穩(wěn)定性的測試設(shè)置，未來將會繼續(xù)針對恒壓力測試、恒載荷測試、擠出脹大測試等不同的技術(shù)需求進(jìn)行方法開發(fā)。
展開 注塑成型過程中如何防止塑料熔體破裂？
臥式成型注塑機
《臥式成型注塑機工作原理》
2.立式成型注塑機
《立式成型注塑機工作原理》
二、注塑成型加工簡介
眾所周知，當(dāng)熔體在高速，高壓條件下注入容積較大的型腔時，極易產(chǎn)生熔體破裂現(xiàn)象,此熔體表面出現(xiàn)橫向斷裂，斷裂面積為粗糙地夾雜在塑件表層形成流痕。特別是少量熔料直接注入容易過大的型腔時，熔體破裂更為嚴(yán)重，所呈現(xiàn)的流痕也就越大。
熔體破裂的本質(zhì)是由于高聚合物熔料的彈性行為產(chǎn)生的，當(dāng)熔料在料筒中流動時，靠近料筒附近的熔料受到筒壁的摩擦，阻力增大，熔料的流動速度減小，熔料一旦從噴嘴注出,管壁作用的阻力消失，而料筒中部的熔料流速極高，筒壁處的熔料被中心處的熔料攜帶而加速，由于熔料的流動是相對連續(xù)的，內(nèi)外熔料的流動速度將重新排列，趨于平均速度。
在此過程中，熔料將發(fā)生急劇的應(yīng)力變化從而產(chǎn)生應(yīng)變，因注射速度極快，所受到的應(yīng)力特別大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熔料的應(yīng)變能力，導(dǎo)致熔體破裂。
《產(chǎn)品注塑加工過程》
如果熔料在流道中遇有突然的形狀變化，如直徑收縮，擴大以及出現(xiàn)死角等，熔料在死角處停留和循環(huán)，它與正常熔料的受力不同，剪切形變較大，當(dāng)其混入正常流料中注出時，由于兩者的形變恢復(fù)不一致，不能彌合，若懸殊很大，則發(fā)生斷裂破裂，其表現(xiàn)形式也是熔體破裂。
三、塑膠裂紋的改善方法
注塑成型方面:
《注塑加工》
(1)注塑壓力過大、射膠速度過快、螺桿儲料過多、保壓時間過長，都會造成內(nèi)應(yīng)力過大而塑料產(chǎn)品開裂。
(2)控制開模速度與壓力防止快速強拉塑料產(chǎn)品造成開模拉傷。
(3)適當(dāng)調(diào)高模具溫度，使塑料產(chǎn)品易于脫模，適當(dāng)調(diào)低料溫防止產(chǎn)品成型過慢。
展開 “滌綸長絲熔體直紡智能制造數(shù)字化車間”項目通過驗收
根據(jù)專家評議情況，討論形成項目技術(shù)、財務(wù)和綜合驗收意見：
1、技術(shù)方面：項目建成了國內(nèi)領(lǐng)先的滌綸長絲熔體直紡智能制造數(shù)字化車間，實現(xiàn)了從產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)控制、品質(zhì)管理、能耗管控、物流銷售的全程數(shù)字化仿真優(yōu)化與跟蹤，提高了生產(chǎn)效率、降低企業(yè)成本、降低產(chǎn)品不良品率、縮短研發(fā)周期和提高能源利用率。自主設(shè)計研制了滌綸長絲產(chǎn)品外觀在線檢測系統(tǒng)和裝備、在線張力監(jiān)測和監(jiān)控系統(tǒng)，突破了行業(yè)核心智能制造關(guān)鍵短板技術(shù)裝備的研制。項目完成了任務(wù)書建設(shè)要求，大幅度提高了滌綸長絲生產(chǎn)數(shù)字化智能制造水平和產(chǎn)品品質(zhì)，具體指標(biāo)達(dá)到或超過預(yù)定的指標(biāo)要求。
2、經(jīng)費使用方面：項目共完成投資28857萬元，其中使用中央財政補助資金3000萬元，項目投資額已完成項目專項審計，各項經(jīng)費支出符合國家專項經(jīng)費使用相關(guān)規(guī)定。
該項目建成了滌綸長絲熔體直紡智能制造數(shù)字化車間，推動了滌綸長絲數(shù)字化、智能化水平，對行業(yè)示范帶動作用顯著。專家組一致同意項目通過驗收。
據(jù)悉，項目建成國際先進(jìn)的滌綸長絲熔體直紡智能制造數(shù)字化車間，為紡織行業(yè)第一個智能制造驗收項目，項目由生產(chǎn)工藝仿真與優(yōu)化系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)自動采集與可視化系統(tǒng)、產(chǎn)品質(zhì)量智能在線檢測系統(tǒng)、智能物流與倉儲系統(tǒng)、定制型制造執(zhí)行系統(tǒng)（BH-MES）、定制型企業(yè)資源管理系統(tǒng)（BH-ERP）等部份協(xié)同與集成。項目聯(lián)合五家單位展開合作，形成產(chǎn)學(xué)研用一體化聯(lián)合體，并簽署合作協(xié)議書，項目建設(shè)期為2015年1月到2018年5月。
項目的建成提高了差別化功能性滌綸長絲產(chǎn)品設(shè)計、工藝、制造、檢測、物流等環(huán)節(jié)的智能化數(shù)字化要求，提高功能性差別化產(chǎn)品的比重，縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期，提高勞動生產(chǎn)率真，大幅降低勞動強度，提高能源利用率，降低企業(yè)運行成本，乃至提升行業(yè)的地位具有重大的意義。
展開 
南京大學(xué)胡文兵教授課題組：高分子熔體應(yīng)力松弛的鏈間協(xié)同阻礙機制
作為典型的軟物質(zhì)，長鏈高分子熔體的力學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)出顯著的黏彈性。我們已經(jīng)明確，其高彈性來自于高分子強大的鏈構(gòu)象變化能力所帶來的熵彈性，其高黏度首先來自于勞斯模型所描述的高分子鏈單元之間的鏈接阻礙作用，其次來自于管子模型所描述的本體長鏈之間的纏結(jié)阻礙作用，而在纏結(jié)尺度以下的鏈間協(xié)同阻礙作用對黏度的貢獻(xiàn)通常被處理成泄水模式下平均分配到每個鏈單元的摩擦系數(shù)，具體的流體力學(xué)相互作用機制并不清楚。
在國家自然科學(xué)基金委項目資助下，
南京大學(xué)胡文兵教授課題組
采用動態(tài)蒙特卡洛分子模擬研究伴隨有應(yīng)力松弛的單雙軸拉伸誘導(dǎo)高分子結(jié)晶的熱力學(xué)、動力學(xué)和形態(tài)學(xué)機制。他們將單鏈應(yīng)力松弛的麥克斯韋線性黏彈性模型引入到動態(tài)蒙特卡洛分子模擬中，首先研究了一組平行拉伸變形的高分子鏈在無熱熔體中發(fā)生應(yīng)力松弛的鏈間協(xié)同阻礙機制。分子模擬再現(xiàn)了高分子熔體的德拜松弛及其埃倫尼烏斯流體特點。在這樣的線性黏彈性響應(yīng)條件下，他們對應(yīng)力松弛這一非平衡過程進(jìn)行了應(yīng)力漲落分析，觀察到對應(yīng)于漲落峰頂處的過渡態(tài)出現(xiàn)了自發(fā)的鏈動力學(xué)異質(zhì)性所導(dǎo)致的伸展鏈和線團(tuán)兩種狀態(tài)共存現(xiàn)象(圖a)。進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)分析表明伸展鏈組分均勻分布在垂直于拉伸方向的平面內(nèi)，說明其沒有發(fā)生聚集分凝，屬于局部漲落現(xiàn)象，而沿著拉伸方向則出現(xiàn)了優(yōu)先松弛的線團(tuán)組分鏈單元富集在中心位置區(qū)域，同時伸展鏈組分鏈單元富集在兩側(cè)區(qū)域的情況(圖b)，顯示出二者在中心位置處發(fā)生了空間上的競爭，即伸展鏈的應(yīng)力松弛在過渡態(tài)受到了處在中心位置線團(tuán)的空間阻礙作用(圖c)。
展開 北京化工大學(xué)孫曉麗教授：聚合物限域和預(yù)有序熔體的結(jié)晶行為及結(jié)構(gòu)調(diào)控
北京化工大學(xué)孫曉麗教授在《高分子學(xué)報》2021年第6期“高分子優(yōu)秀青年學(xué)者專輯”特約專論(2021, 52(6): 634-645)中系統(tǒng)評述了限域空間和預(yù)有序熔體對聚合物結(jié)晶行為的調(diào)控機制。該專論首先介紹了高分子結(jié)晶理論的進(jìn)展，論述了聚合物結(jié)構(gòu)的多尺度與多層次性，并討論了每一層次結(jié)構(gòu)對材料最終展現(xiàn)性能所起的關(guān)鍵作用。在此基礎(chǔ)上，以幾種典型高分子為例，重點闡述了薄膜和納米孔道構(gòu)筑的限域空間以及分子鏈預(yù)有序熔體對高分子結(jié)晶行為的影響規(guī)律、相關(guān)結(jié)晶結(jié)構(gòu)調(diào)控機制以及結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系等方面的研究工作。最后，該專論闡明了現(xiàn)階段聚合物多層次結(jié)構(gòu)調(diào)控領(lǐng)域存在的科學(xué)問題，展望了該領(lǐng)域未來潛在的發(fā)展方向。
原文鏈接：
http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304.2021.21036
來源：高分子學(xué)報
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展開 注塑制品表面缺陷淺析
試驗表明，表層滑移的發(fā)生實際上要歸因于注射速度，更確切地說是熔體流前端的流動速度。
即使當(dāng)熔體進(jìn)入模具時的注射速度是恒定的，它的流動速度也會發(fā)生變化。在進(jìn)入模具澆口區(qū)域時，熔體流速很高，但是進(jìn)入模腔以后即充模階段，熔體流速開始下降。熔體流前端流速的這種變化會帶來制品表面缺陷。
減小注射速度是解決這個問題的一種方法。為了降低澆口處熔體流前端的速度，可以將注射分成幾個步驟進(jìn)行，并逐漸增加注射速度，其目的是在整個充模階段獲得均一的熔體流速。
低熔體溫度是制品產(chǎn)生暗斑的另一個原因。提高機筒溫度、提高螺桿背壓能夠減少這種現(xiàn)象發(fā)生的幾率。另外，模具的溫度過低也會產(chǎn)生表面缺陷，所以提高模具溫度是克服制品表面缺陷的另一個可行的辦法。
模具設(shè)計缺陷也會在澆口附近產(chǎn)生暗斑。澆口處尖銳的轉(zhuǎn)角能夠通過改變半徑來避免，在設(shè)計時要留心澆口的位置和直徑，看看澆口的設(shè)計是否合適。
暗斑不但會發(fā)生在澆口位置，而且也經(jīng)常會在制品尖銳的轉(zhuǎn)角形成后出現(xiàn)。例如，制品的尖銳轉(zhuǎn)角表面一般非常光滑，但是在其后面就非常灰暗且粗糙。這也是由于過高的流速和注射速度致使冷卻表面層被內(nèi)部流體取代發(fā)生滑動而造成的。
再次推薦采用分步注射并逐漸增加注射速度。最佳的方法是允許熔體只是在流過銳角邊緣后其速度才開始增加。
對于注塑制品來說，在有紋理的制品表面，其光澤的不同是最為明顯的。即使模具的表面十分均勻，不規(guī)則的光澤也可能出現(xiàn)在制品上。也就是說，制品某些部位的模具表面效果沒有很好地得以重現(xiàn)。
隨著熔體離開澆口的距離逐漸增加，熔體的注射壓力逐漸降低。如果制品的澆口遠(yuǎn)端不能被充滿，那么該處的壓力就是最低的，從而使模具表面的紋理不能被正確地復(fù)制到制品表面上。
展開 從發(fā)泡射出探討塑膠材料輕量化之流動、發(fā)泡特性及結(jié)構(gòu)強度之變化
在塑膠發(fā)泡射出成型過程中，由于氣體含量、熔體壓力和發(fā)泡特性之差異，亦會影響其熔體流動性與產(chǎn)品質(zhì)量。
圖2：熔體充填壓力和熔體黏度因子的測量方法。(a)熔體流動壓力峰值的定義；(b)熔體黏度因子的計算
研究結(jié)果與討論
本文章之研究整合射出機與發(fā)泡機制，以氮氣作為發(fā)泡用的氣體供應(yīng)源并設(shè)置一熔膠壓力感測元件于射嘴上，經(jīng)由不同的氣體含量來探討其溶入氣體的熔膠，經(jīng)塑化至射出期間的壓力變化，以及導(dǎo)入一黏度因子的公式及計算，來比較與觀察熔體的流動行為。圖3為氣體含量變化下的熔膠流動壓力峰值與其計算所得之黏度因子；由圖中可以發(fā)現(xiàn)，隨著氣體含量的增加，對于材料的流動性與黏度性質(zhì)等皆有正向效益（溶入一定比例之氣體可降低材料的黏度性質(zhì)，相對影響原材料的流動性，當(dāng)流動性越佳、阻力越小，所得之熔體充填壓力相對較低）。因此，熔體之流動阻力降低，以及藉由熔體壓力所計算出的黏度因子相對下降。
圖3：不同氣體含量（氮氣）對熔體充填壓力以及熔體黏度因子的影響
圖4說明氣體含量較低時，氣泡較集中在核心層區(qū)域，有較明顯的凝固層(Frozen/skin layer)；當(dāng)氣體含量較高時，氣泡有朝向表皮層分布，也就是皮層厚度相對減小。從實驗參數(shù)設(shè)定與實驗結(jié)果可看出在塑化階段的熔膠與氣體的混合機制下，在較高的溫度與壓力環(huán)境下氣體溶解度將隨之增加，若氣體在透氣鋼輸出過程能提供細(xì)化特性，則可增加氣體的比表面積，提升溶解度與混煉性，同時改善熔體之流動性。
圖4：塑膠發(fā)泡射出成型流長試片之不同量測位置掃描電子顯微鏡圖像（不同氣體含量之發(fā)泡特性比較）
圖5為螺桿轉(zhuǎn)速對于熔膠黏度因子、發(fā)泡密度與抗彎強度之影響趨勢圖。
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