第4期梁基照几聚苯乙烯熔体挤出流动特性的研究聚苯乙烯熔体挤出流动特性的研究梁基照(华南理工大学化工机械系5101)应用毛细管流变仪t考察了两种聚苯乙姗一St卿”绷妙,兜)和s`抑川诊2J住明刀)熔体挤出过程中的流动行为及其影响因素实脸发现两试样熔体的流动均不严格地服从幕律;在相同条件下9P4S)2的非牛顿性较玲中抢明显;两试样烙体的枯度对沮度的依软关系符合A州比俪谓方程本文还就熔体流变行为与分子结构参数的关系进行了初步定盆分析关挂词:聚合物熔体挤出流动特性菜苯乙烯聚苯乙烯(邢)是一种应用广泛的热塑性塑料在成型加工过程中SP’出较为明显的非牛顿行为一些研究者I熔体常呈现一`】yorn9rn498(以学公司生产的St4刀和Styo下简称为s)和朽429)这两种材料均P4属注塑级无色粒料LZ曾从流变学的角度考察过某些PS熔体毛细管挤出过程中的粘弹特性获得一些有用的`’数据和具有参考价值的结论HyUn!研究仪器及方法实验仪器为意大利Ceast公司制造的R玩”Zo恒速率型毛细管流变仪Sliv5料筒了毛细管流动中S熔体的人P口效应并讨直径为.9力血氏工作长度为28伪刘吐压力传Unl”论了agey末端校正方法aBlKlr以1和Ny则对压力和粘性热对SP熔体毛细管流动的影响进行了全面的分析型感器置于柱塞顶部0别为1测量挤出过程中的总压选用一组直径为lmn、长径比亿闷)分提出相应的计算模着重讨论了玲及02030的毛细管口型4人口a和PnaSantaam血`4’角均为4一150耐冲击PS熔体的入口压力损失和第一法向30~在试验温度280n2印℃和柱塞速率应力差的测定问题表达式并提出描述两者关系的`’l瓜咖血(相应的表观切变速率为最近Hugann和She考察了PS0一1《拟〕S勺5的操作条件下流动行为及影响因素2考察两种试在毛细管流动中压力对其熔体粘性的影响样熔体毛细管挤出过程中的末端压力损失并加以分析和比较本工作拟在接近实际挤出成型的工艺条件(温度和挤出速率)下着重考察SP熔体毛细管流动中的非牛顿行为及其影响因结果与讨论素进而讨论分子结构参数与熔体流变特性21.末端压力损失聚合物熔体从料筒被压人毛细管口的关系型时1由于流道截面的突然收缩而形成人口收实验部分敛流动能贮存一般说来人口收敛流包括拉伸流口压力损失Ll原材料:)〕w化选用两种PS试样料分别为美国】和剪切流产生相应的能量粘性耗散和弹性在出导致较明显的人36合成树脂及塑料1卯3年第10卷口流动中由于流速分布重排及残余法尚应力的存在而形成出口压力损失定条件下为:△几d因而在一8和邢4)熔体于不同的柱塞速示了玲4992率(巧和温度下总压力降(△P)与L/R的关系末端压力损失(△几d)应由图中可见两者之间呈线性关系纵坐标截距为=s△凡d在一定温度下△ePn,+八只。(l)△几d随着V的增加而增大在相同d的实验条件下PS4982玲49)的△ePn高于可大致△几nd:在某种程度上反映出熔体的粘’弹特性研究发现”人口压力降(△几)t参照文献3[报道的研究结果l确定出试样实验条件下的△只示于表l口占△几td的80%以上而出口压力降t值结果由人(△凡i)则低于△几d的20%研究者们提出过一些预测或估算聚合物对于粘弹性流体si△几。粘性压力降△vP和人口弹性压力降流体毛细管流动中△neP「0计算式和计算方法卜1△几d。的经验或半经验△几构成aHln”发现八凡值小于△几口值的5%图1和图2分别表出这表明人压力降或末端的ey作图法”l求取试样的旧agl本实验采拜压力损失可主要归因于熔体弹性由表1看进而确定△ePul614:9刀熔体弹性效应较PS4PS川一引合426181|0国48显著9,122604125才邑匀厂:犷了/歹共分印,/’4馨加产长//5加司08乙爪图t=1ps举抢的PA与乙床的关系l一58;旬印L爪即2钓℃;n):峨仙叫mi图2t=2一叽3一25;4一167;5一8/的关系玲姻公的砂与LR翎℃;图中特号含义同图l表城回叫而刀)t1挤出条件下的砂`值《(℃)(℃)么几(P)Ma八招玲今招几(MPa)PS电趁J咫月9848252叨2402如PS电趁J住03(迫众0功7aZ臾讨讨01287众22拐a47812印2匆00肠2.0112102175.50月41.06和沁.沁0137.002141.1029(.3)2印2匆2匆048524)(2喇)03862O匆710璐810.史1307.628第4期梁基照聚苯乙烯熔体挤出流动特性的研究图3是试样的1△09cP的与of人g二R关系图【少二4/Q(勿切变速率作Rabmow如ch修正:在不同的挤出温度3林,+4九l下△凡山随着表观剪切速率行)的增加而og△几d与fog少之间近似呈线增大f)6(式中ogfT,n称为表观流动行为指数of是4性关系这表明试样的△几d与护之一盯曲线的斜率表征熔体的非试样的流动曲线如图所间关系可用幂律表示:△几d牛顿行为程度(2)=:夕广式中:和刀是幂律常数应用线性回归:分析方法和刀值可求得两试样实验条件下的的汾少l叮二2一心么。一衅;,沪里了/丁了鑫一了子//分才厂亡3尸图4试样的流动曲线图中符号含义同图3示由图可见下,随着少的增加而增,/了18-大22,,f邵og护之间的关系呈非线与f但o26性表明试样的流动不服从幂律:,而可用下玩争图3l津别O℃;34式描述:=K△p`与夕的关系l3夕’an伪2幻℃;玲钓刀;之4SP月翎式中厂为稠度系数22.试样流动特性从图1表观切变粘度可由下式定义:和图2可以看出较高的挤出速勺”率下试样的末端压力损失较为明显尤其一一:入Tw8)(是P9刀因而对于L/D较小的口型S4:。在求取壁面剪切应力()时应进行末端对比式(7)叮亦可表示为叮=K校正即:少`’)9(同样(△尸一也只幽)R2LT份也可写出:下.)34(峥=一万一,下(10)粘度曲线二△尸图5是试样熔当温度一定式中子R为口型可由下式定义e=一半径2【L爪)+e(]e时下叮随着少的增加而下降熔体的叮高于,og叮与而f为E唱1即校正因,0】助的关系同样为非线性在相同条件PS492)9熔体P48S△只曲ZTw考虑到试样熔体的非牛顿性—(5)23温度和剪切速率对烙体粘性的影响图6显示了两试样熔体于不同的挤出速应对表观率下n叮与li/T(T为绝对温度)的关系合成树脂及塑。料】卯30卷年第1于R为常量因而C与E成正比是直线的斜率厕一l/T98的SP4关系曲线的斜率(0大于玲942)E从图6可以看出的表明前者的值高于后者换言之前者的熔体馨切粘度对温度的敏感性高于后者从图存在差异5还可看出在一定的温度下两试样熔体的剪切粘度对剪切速率的依赖性亦为了定量地描述两试样熔体粘性对温度和剪切速率的敏感程度感性系数和温度敏感性系数图5引人剪切敏定义剪切敏感”试样的粘度曲线图中符号含义同图3。性系数(I幻为定温下对应于不同夕的”之比t,:由图6可见两者之间基本上呈线性关系这表明试样熔体剪切粘度对温度的依赖关系可用内劝即ius方程描述:叮=AexI(7)=「叮(少)1卜一一二一}L玲气7)J.2,(14)P(E/R。T)(11)九是与熔体粘性式中于小于人且两者相差一个数量级.2式中凡为普适气体常数有关的常数E是粘流活化能类似地定义温度敏感性系数双O,为定么下对应于不同温度的。之比`川:将式01)等号两边取自然对数.in叮=InA+E限T可得:(12)(13)I(t)t、、=或Y=B+CX=「叮(t)1!,二一二}Z)J,L叮Lt(15)取由=230℃,r:=260℃0下=5*,5’式中Y厕B=InA。C=E/Rx=/.Tl少=50果见表25将相应的实验数据分别代人式(14)和式(15)求得相应的I行)和I)(t结一一一一一一一一2由表2可见)92邢49熔体的(Iit)P48s值高于这表明互_而(I夕)值则低于后者_二二尝二二丁二二五L92lzT一_—13邢498熔体切粘度对温度的敏感性高于)而对剪切速率的敏感性则相反92P4S2.4熔体流变行为与分子结构参数众所周知1肠们聚合物流体的流变行为主要(10;,K)n取决于其物质的内部结构五n:l3因而上述的试图6l2温度与熔体枯度的关系物呵面n;24伟月兜342腼咧PS492)样熔体剪切粘度对温度及剪切速率的依赖性表试PS琪招2试样熔休的沮粘性和切粘性样叮恤s)(rl护l护7)即少as)(t:夕)Itk(l811!叮口a)0.5x人:)I行)68如.9282汉3sllx102l护1920l少l少359433公韶明公x5381x272145x第4期梁基照聚苯乙烯烙体挤出流动特性的研究之差异可归因于其大分子链的结构(如支化合物熔体在相同的实验条件下比较可得:度)为关分子量和分子量分布的不同当重均分子量(后,一般认聚合物熔体的剪切粘度与分子量密切相)大于临界分子量。瓜时熔体的零切粘度切)与:风有如式中下的经验关系瓮瓮K一:钱令贵),、协5O,CO一`、;),叮。=XM,(16)5/洲3帆K兀石亦*一伪加护”而分子量分布的宽窄则影响到熔体粘度曲线的形状称之为分子量指数由于K为常数因而,I材),值的大小反映出两熔体在分子量方(面的差异7本试验采用分子量指数和分子量分布指数两个参数来定量表述试样在分子量和分子量分布方面的特点及差异”把式(16)代人spn别笋模型“一K,定义在定温下两剪切应力之比为分子量布指数`:],。MWDI=夕/少T,所对应的”’得到:耐(贵)叮。’’20()“乃其中`:大于肠,且通常相差一个数量级式中取夕为相对于sl。的参考切变速率常表3列出了两试样于定温条件下的二凡’n为非牛顿指数对于不同的聚表3I从)(,卜矛和MWDI值I丽动试样的(zw(M);和Mw砚位夕扣)(t=t,试样叮少a)s,二`x,均℃句,)8xMWDIl(t=兜玲月珊℃少一见x:)1仪粥5l护仆、1解)吹取)506068102x6加月2009SPP42))9282l护力其中I(厕钾I(习,一,)=r、叮止二二三竺兰叮~伟鹉阳、/135从…表3可见__3结论a)大于1表明P92)的重均分子S4量大于S8;而P2)的MWDI值高P49S49于P8表明前者的分子量分布宽于S49后者)在毛细管挤出流动中98和玲492S4P表现出较明显的非牛顿行为在实验条件下两试样熔体的流动均不严格地服从幂一般说来分子量分布宽的熔体的律;两试样熔体的粘度对温度的依赖关系旧方程符合为比。山剪切粘度对剪切速率的敏感性较高(见表2)由图5可见在较低的剪切b在相同的条件下9刀熔体的非牛玲4速率区内P2)熔体剪切粘度对剪S49切速率的依赖性较为明显;而在较高的顿性较P9S4`8明显两试样熔体对温度和剪切速率的敏感剪切速率区无差异两试样在这方面基本上性差异不同可归因于其分子量和分子量分布的对于S98,可采用P4提高温度或在较高的剪切速率范围内降低熔体的粘度(提高流动性);而对于玲礴史J通这意味着研究结果表明2玲49)的分子量高于P98且分子量分布亦宽于后者S4!致谢1本工作得到大学和帮助NJNd洛博士的关心过较宽的剪切速率区便可达到所需的加工性能谨表谢忱04合成树脂及7B塑料EBJl卯3年第0卷14参考文献H”I2H姻即PAPIP妙1957,5:624KmolE飞yl犷闷1:4ds筋P。攻丫S自罗阴U肠h幻l男5FNG:oplymEng冤nl卯之12:研DCDaRb幻10留nilpoHyll址,p叹知口.劝`卜殆wnA15Ja住万ondWilliaGA1Pl扣oEng肠内区d切血p3456Kal园份a:l7699圈)2teMaR旧N扒m卯l抑EgnEng翻1贝刃为:l伪:10LianglaPl以为日jn多foI卯C为i皿一」如panInretaPneHJJ川aSat旧州anaAolmpyan肠1兜121扣7fOnR卜幻l面jingl卯lnuagJC司SbOIHF八dvopl帅1议h19朋9:211吴祟周吴刚现代塑料加工应用va1卯21%5:(3)扮梁基照塑料技术1卯2(3)二1.4sPng罗T私iPrteCbn皿n切川tCaion,:(收稿日期193一麟一卿Re哭,hrcno翻Fbwinhos脚6eusionofoPblyr即esty{M回伪rExt口“”9无pOtaizJhofo肠而司M鱿hjn曰甲OSth(11jaunU而慨nityofTeCnholoy)gA加比d丁h认七化clfowrehavbouisuooft场。aPolysty代泊els理ltstyro498ndathatstoyrthen49刀nixeJOtnSIninobhtsvseelstmo粥htigay同bdidnotngi以p恤yrPotcholawn`etrlun螂derofexundolfwehavbrouifo49刀玫记It心fosrepor加un“灯notl留porperyebteh呱一n卜化侧0苗anxceatyltPe山翅沮atlcodn498itionsstoyrnti巴thanporpertysron几dtAsatothtoedendPetehfoArh。五us~v巧`osufon坦ltsnolelaenthePrteuroblyahtsmPealsrieposrpetehavdbeni助记raar】hp闪asisuit.nT七eeoitontebIonleCulartnJ以uetofr周OrK们:p油olyr阴r`》n犯teht此lseavh卜沈n~hcooftiveg司ina代泊edthePan犯etISqua
