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聚合物“奇异”的流变现象(一)

2016-09-01 11:55:04   Source:    Views:

我们通常用熔融指数(MFI)来表征聚合物的流动和加工性能,但有时会出现流动性和加工性能不匹配的情况,这就牵涉到流变学的问题了。与小分子不同,聚合物是由大量的小分子“手拉手”形成的大分子物质,那它会表现出哪些与小分子不同的流变现象呢?让我们一同来看吧。

1)剪切变“稀”现象

对于普通的小分子液体来说,其液位随时间基本上是线性变化的,而高分子溶液的液位呈现非线性下降的现象。这是由于高分子溶液特殊的粘弹性所致:高液位、高剪切应力下,高分子溶液中粘性占据主导,表现出较好的流动性;低液位、低剪切应力下,高分子溶液中弹性占据主导,表现出类似橡胶的性质;材料的粘度随工艺条件的变化及剪切应力(或剪切速率)的不同而发生变化的现象,称作剪切变“稀”,是加工工艺中十分关注的问题。

 

2)“爬轴”效应

聚合物液体,在剪切流场中除有与普通牛顿流体类似的剪切应力外(粘性),还存在法向应力差(弹性)。正是由于聚合物溶液中弹性的存在,表现出与小分子液体不同的“爬轴现象”。

3)“挤出胀大”现象

当熔体从小孔,毛细管或窄缝中挤出时,挤出物的直径或厚度会明显大于孔道尺寸的现象叫“挤出胀大”。牛顿流体不具有这种效应,高聚物熔体具有弹性记忆能力,挤出胀大现象对挤出制品工艺及模具设计至关重要。

4)熔体破裂现象

当聚合物在挤出成型过程中,挤出的剪切速率或剪切应力超过某一临界值时,出现弹性湍流,流动不稳定,挤出物表面粗糙。可能先后出现波浪形、鲨鱼皮状、竹节、螺旋型畸变,导致完全无规则的挤出物断裂,称之为“熔体破裂”。熔体破裂现象影响高聚物加工的质量和产率的提高。

以上四种“奇异”的流变现象都谈到“弹性”,聚合物溶液或熔体的“弹性”是表现出这些流变现象的根本原因。在实际应用中,我们通常将聚合物的流动性(通过熔融指数仪进行测定)与加工性能联系在一起,很少提及聚合物的弹性。殊不知,在聚合物相容化改性中,经常会遇到诸如不稳定流动、虎皮纹表面、制品变形、应力开裂等问题,而产生这些问题的根本原因是聚合物材料内部“弹性”储存所致。如何全面的考察聚合物的粘弹性,这就是流变测试的问题了。

 

流变测试已经在聚合物研究、开发、分析部门以及产品控制方面成为不可或缺的手段,相对于其他测试技术有着无法比拟的优点。然而,流变测试的仪器种类繁多,在聚合物相容化改性领域比较常用的主要有毛细管流变仪、锥/平板流变仪和混炼机转矩流变仪三种。接下来将分别对以上三种流变仪原理及应用做简要分析。

 



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