聚合物的流变性能

　　注塑中把聚合物材料加热到熔融状态下进行加工，这时可把熔体看成连续介质，在机器某些部位上，如螺杆、料筒、喷嘴及模腔流道中形成流场。在流场中熔体受到应力、时间、温度的联合作用发生形变或流动。这样聚合物熔体的流动就和机器某些几何参数和工艺参数发生密切的联系。

　　处于层流状态下的聚合物熔体，依本身的分子结构和加工条件可分近似牛顿型和非牛顿型流体，它们的流变特性暂不予详细介绍。

　　一、剪切速率、剪切应力对黏度的影响

　　通常，剪切应力随剪切速率提高而增加，而黏度却随剪切速率或剪切应力的增加而下降。

　　剪切黏度对剪切速率的依赖性较强，黏度随剪切速率的提高而迅速降低，这种聚合物称作剪性聚合物，这种剪切变稀的现象是聚合物固有的特征，但不同聚合物剪切变稀程度是不同的，了解这一点对注塑有重要意义。

　　二、离模嘭胀效应

　　当聚合物熔体离开流道口时，熔体流的直径大于流道出口的直径，这种现象称为离模膨胀效应。

　　普遍认为这是由聚合物的黏弹效应所引起的膨胀效应，黏弹效应要影响膨胀比的大小，温度、剪切速率和流道几何形状等都能影响熔体的膨胀效应。所以膨胀效应是熔体流动过程中的弹性反映，这种行为与大分子沿流动方向的剪切应力作用和垂直于流动方向的法向应力作用有关。

　　在纯剪切流动中法向效应是较小的。黏弹性熔体的法向效应越大则离模膨胀效应越明显。假如流道长度很短，离模效应将受到人口效应的影响。这是因为进入浇口段的熔体要收敛流动，流动正处在速度重新分布的不稳定时期，如果浇口段很短，熔体料流会很快地出口，剪切应力的作用会突然消失，速度梯度也要消除，大分子发生蜷曲，产生弹性恢复，这会使离模膨胀效应加剧。如果流道足够长，则弹性应变能有足够的时间进行弹性松弛。这时影响离模膨胀效应的主要原因是稳定流动时的剪切弹性和法向效应的作用。

　　三、剪切速率对不稳定流动的影响

　　剪切速率有三个流变区：①低剪切速率区，在低剪切速率下，被破坏的高分子链缠结能来得及恢复，所以表现出黏度不变的牛顿特性。②中剪切区，随着剪切速率的提高，高分子链段缠结被顺开且来不及重新恢复，这样就阻止了链段之间相对运动和内摩擦的减小，可使熔体黏度降低二至三个数量级，产生了剪切稀化作用。③高剪切区，当剪切速率很高时黏度可降至 小，并且难以维持恒定，大分子链段缠结在高剪切下已全部被拉直，表现出牛顿流体的性质。如果剪切速率再提高，出现不稳定流动，这种不稳定流动形成弹性湍流，熔体出现波纹，破裂现象是熔体不稳定的重要标志。

　　当剪切速率达到弹性湍流时，熔体不仅不会继续变稀，反而会变稠，这是因为熔体发生破裂。

　　四、温度对黏度的影响

　　黏度依赖于温度的机理是分子链和“自由体积”与温度之间存在着关联。当在玻璃化转变温度以下时，自由体积保持恒定，体积随温度增长而大分子链开始振动。当温度超过玻璃化转变温度时，大分子链段开始移动，链段之间的自由体积增加，链段与链段之间作用力减小，黏度下降。不同的聚合物黏度对温度的敏感性有所不同。

　　聚合物熔体在注塑时，无论是预塑阶段，还是注射阶段，熔体都要经受内部静压力和外部动压力的联合作用。保压补料阶段聚合物一般要经受1500kgf/cm2～2000kgf/cm2(150MPa～200MPa)压力作用，精密成型可高达4000kgf/cm2(400MPa)，在如此高的压力下，分子链段间的自由体积要受到压缩。由于分子链问自由体积减小，大分子链段的靠近使分子问作用力加强即表现黏度提高。

　　在加工温度一定时，聚合物熔体的压缩性比一般液体的压缩性要大，对黏度影响也较大。由于聚合物的压缩率不同，所以黏度对压力的敏感性也不同，压缩率大的敏感性大。

　　聚合物也由于压力提高会使黏度增加，能起到和降低熔体温度一样的等效作用。

　　六、相对分子质量对黏度的影响

　　一般情况下黏度随相对分子质量增加而增加，由于相对分子质量增加使分子链段加长，分子链重心移动越慢，链段间的相对移动抵消机会越多，分子链的柔性加大缠结点增多，链的解脱和滑移困难。使流动过程阻力增大，需要的时间和能量也增加。

　　由于相对分子质量增加引起聚合物流动性降低，使注塑困难，因此常在高相对分子质量的聚合物中加入一些低分子物质，如增塑剂等，来降低聚合物的相对分子质量，以达到减小黏度，改善加工性能。第四节 与注塑成型相关的