王荷萍，曲善蓉，范杵蘭

（太原市塑料研究所，山西 太原 030024）

1 聚合物結(jié)構(gòu)因素和其他組成成分對(duì)黏度的影響

聚合物的結(jié)構(gòu)因素包括鏈結(jié)構(gòu)和鏈的極性、分子量、分子量分布以及聚合物的組成等，對(duì)聚合物的黏度有明顯的影響。

聚合物的分子結(jié)構(gòu)對(duì)黏度的影響較為復(fù)雜。一般來(lái)說(shuō)，聚合物的鏈結(jié)構(gòu)的極性使分子間的作用力增大，例如結(jié)晶聚合物和極性聚合物。分子間作用力大，黏度就高，反之則低。聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等的熔體年度要比聚乙烯、聚丙烯大得多。此外，聚合物分子結(jié)構(gòu)不同，熔體黏度對(duì)溫度的敏感性也不同。剛性分子鏈對(duì)溫度比對(duì)柔性分子鏈敏感，因此提高其成型溫度有利于增加聚合物熔體的流動(dòng)性。支鏈結(jié)構(gòu)對(duì)黏度也有影響，又以長(zhǎng)支鏈對(duì)黏度的影響最大。

聚合物分子量越大，流動(dòng)時(shí)所受阻力也就越大，熔體黏度必然也就高。不同的成型方法對(duì)聚合物熔體黏度的要求不一樣，因此對(duì)分子量的要求也不同。通常注射成型要求聚合物的分子量較低，擠出成型則可吹塑成型所要求的分子量介于擠出成型和注射成型之間。

聚合物分子量分布對(duì)熔體黏度的影響，在不同剪切應(yīng)力和不同剪切速率下表現(xiàn)不同，當(dāng)分子量相同時(shí)，隨著剪切應(yīng)力或剪切速率的增加，分子量分布寬的要比分子量分布窄的黏度下降快。實(shí)際生產(chǎn)中，塑料成型通常都在較高的剪切作用下進(jìn)行，因此，分子量分布寬的聚合物熔體黏度小，容易流動(dòng)，但會(huì)使制品的使用性能降低。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，要減少聚合物中的低分子量部分，盡量使用分子量分布較窄的聚合物。

塑料在大多數(shù)情況下都是以聚合物為主的多組分體系，往往需要加入各種填充劑、增塑劑、潤(rùn)滑劑、稀釋劑、著色劑、穩(wěn)定劑和改性劑。這些添加物可以降低聚合物分子間的作用力，從而降低其熔體黏度，在不同程度上影響聚合物的流變行為。例如，擠出成型硬質(zhì)聚氯乙烯管材時(shí)，使之與少量丙烯酸類樹酯共混，可提高擠出速度，改善管壁的外觀光澤。添加的增塑劑、潤(rùn)滑劑等能明顯降低聚合物熔體黏度。有些很細(xì)的填充劑如亞硫酸鈣、二氧化硅等也能明顯降低熔體黏度，而有些填充劑如二氧化鈦卻會(huì)增加聚合物的熔體黏度。

2 溫度對(duì)黏度的影響

升高溫度可使聚合物大分子的熱運(yùn)動(dòng)和分子間的距離增加，從而降低熔體黏度。不同聚合物其熔體黏度對(duì)溫度變化的敏感性不完全相同。

一般來(lái)說(shuō)，聚合物熔體黏度對(duì)溫度的敏感性要比剪切作用的敏感性強(qiáng)，雖然升高溫度可以使黏度降低，但過(guò)高的溫度卻會(huì)使聚合物降解，同時(shí)增加能量的消耗。熔體黏度對(duì)溫度變化非常敏感的聚合物，在生產(chǎn)中只要出現(xiàn)溫度變化，就會(huì)引起黏度較大的變化，使操作不穩(wěn)定，影響產(chǎn)品質(zhì)量，因此，控制適宜成型的溫度是十分重要的。

3 壓力對(duì)黏度的影響

由于聚合物熔體存在很多微小空穴，即所謂“自由體積”，因而具有可壓縮性。在成型過(guò)程中通常要受到自身的熔體靜壓力和外部壓力雙重作用，特別是外部壓力作用（一般可達(dá)10～300 MPa）可使聚合物自由體積減小，分子間距離減小、作用力增大，以致熔體黏度也隨之增加。塑料成型過(guò)程中壓力一般都比較高，例如擠出成型時(shí)機(jī)頭壓力一般為幾兆帕到幾十兆帕，注射成形時(shí)可達(dá)幾十甚至幾百兆帕，因此，聚合物熔體黏度會(huì)有較大增加，甚至在某些情況下能增加10倍以上。有時(shí)在一般壓力下容易成型的聚合物，當(dāng)壓力增大過(guò)多時(shí)，會(huì)由于黏度的增加而導(dǎo)致成型困難。聚合物的可塑性不同，使熔體黏度對(duì)壓力的敏感性也不同。例如，當(dāng)壓力從13.8 MPa升至17.3 MPa時(shí)，高密度聚氯乙烯和聚丙烯的熔體黏度增加4～7倍，而聚苯乙烯甚至可增加100倍，增加壓力引起黏度增大這一事實(shí)說(shuō)明，單純靠增加壓力來(lái)提高塑料流量是不恰當(dāng)?shù)?；過(guò)高的壓力還會(huì)造成過(guò)多的功率消耗和過(guò)大設(shè)備磨損。實(shí)際上，一種聚合物在正常的加工溫度范圍內(nèi)，增加壓力和降低溫度對(duì)熔體黏度的影響有相似性，在這種成型過(guò)程中通過(guò)改變壓力或者溫度都能獲得同樣年度變化的效應(yīng)稱為壓力-溫度等效應(yīng)。例如，對(duì)于很多聚合物，壓力增大到1 000大氣壓，熔體黏度的變化相當(dāng)于降低30～50℃的作用。

4 剪切速率對(duì)黏度的影響

大多數(shù)聚合物熔體屬于假塑性流體，其黏度隨剪切應(yīng)力或剪切速率的增加而降低。不同聚合物熔體黏度的變化對(duì)剪切作用的敏感程度不同，例如聚甲醛和聚乙烯對(duì)剪切應(yīng)力的變化要比尼龍和甲基丙烯酸甲酯敏感得多。

如果聚合物的熔體黏度對(duì)剪切作用很敏感，在操作中必須嚴(yán)格控制螺桿的轉(zhuǎn)速或壓力不變，否則，剪切速率的微小變化都會(huì)引起黏度的顯著改變，致使制品出現(xiàn)表現(xiàn)不良、充模不均、密度不勻或其他弊病。在擠出成型中，剪切速率不能過(guò)大，也就是螺桿的轉(zhuǎn)速不能超過(guò)一定的限度，否則，擠出物的外形會(huì)逐漸變得不規(guī)整，螺桿轉(zhuǎn)速越快，不規(guī)整現(xiàn)象越嚴(yán)重，甚至?xí)箶D出物崩裂成一節(jié)節(jié)的小塊。

聚合物熔體黏度的大小直接影響塑料成型過(guò)程的難度。例如在注射成型過(guò)程中，某塑料溫度控制在其分解溫度以下，剪切速率為0.001 s時(shí)，熔體黏度為50～500 Pa/s，注射成型較容易。但如果黏度過(guò)大，就要求有較高的注射壓力，制品的大小受到限制，而且制品還容易出現(xiàn)缺陷；如果黏度過(guò)小，溢?，F(xiàn)象嚴(yán)重，產(chǎn)品質(zhì)量也不容易保證，在這種情況下，要求噴嘴有自鎖設(shè)置。在擠出、延壓和其他成型工藝中，也同樣要求聚合物有適宜的熔體黏度，黏度過(guò)大或過(guò)小都會(huì)給成型帶來(lái)困難。根據(jù)上述影響熔體黏度的各種因素分析，可按不同的聚合物選擇適當(dāng)?shù)墓に嚄l件，使熔體黏度達(dá)到成型操作的要求。