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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。

 

熔體破裂現(xiàn)象

 

熔體破裂是高分子熔體的彈性現(xiàn)象之一，是指聚合物熔體通過流道從模口擠出時，如剪切速率大于某一極限值，往往產(chǎn)生不穩(wěn)定流動，擠出物表面出現(xiàn)凹凸不平或外形發(fā)生竹節(jié)狀、螺旋狀等畸變，以至支離、斷裂。

 

熔體破裂發(fā)生的原因是材料流入?？跁r由于受到的剪切速率過大而導(dǎo)致其流動速度過大，不能形成平行線流，而是形成不穩(wěn)定流動，或者是由于熔體黏度過高，內(nèi)應(yīng)力松弛時間要求過長，使得熔體各點所表現(xiàn)的彈性應(yīng)變不一樣，從而使擠出物在彈性恢復(fù)過程中出現(xiàn)畸變或斷裂現(xiàn)象。此外，在流入口模的角度不適當(dāng)或口模流路有死角也可發(fā)生熔體破裂現(xiàn)象。

 

 

從現(xiàn)象上概括可將擠出熔體破裂行為歸為兩類：

 

一類是LDPE(低密度聚乙烯)型。破裂的特征是先呈現(xiàn)粗糙表面,當(dāng)擠出剪切速率超過臨界剪切速率時發(fā)生熔體破裂時,呈現(xiàn)無規(guī)破裂狀。屬于此類的材料多為帶支鏈或大側(cè)基的聚合物,如聚苯乙烯、丁苯橡膠、支化的聚二甲基硅氧烷等。

 

LDPE型熔體在擠出口模及入口區(qū)附近流動熔體的應(yīng)力集中效應(yīng),其應(yīng)力主要集中在口模入口區(qū),且入口區(qū)的流線呈典型的喇叭形收縮,在口模死角處存在環(huán)流或渦流（如下圖）。

 

 

另一類是HDPE(高密度聚乙烯)型。熔體破裂的特征是先呈現(xiàn)粗糙表面,而后隨著剪切速率的提高逐步出現(xiàn)有規(guī)則的畸變,如竹節(jié)狀、螺旋形畸變等。當(dāng)剪切速率很大時,則出現(xiàn)無規(guī)破裂。屬于此類的材料多為線形分子聚合物,如聚丁二烯、乙烯-丙烯共聚物、線形的聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯等。

 

 

HDPE型熔體,在擠出口模及入口區(qū)附近流動時的應(yīng)力集中效應(yīng)主要不在口模入口區(qū),而是發(fā)生在口模內(nèi)壁附近,口模入口區(qū)不存在死角環(huán)流(如上圖)。

 

其實這種分類并不夠嚴(yán)格,有些材料的熔體破裂行為不具有這兩種典型性。

 

影響熔體破裂的因素

 

熔體破裂開始形成時的剪切速率稱為臨界剪切速率 τ c

 

1）料溫 T

 

隨溫度升高，熔體破裂的臨界剪切速率增大→溫度升高，熔體粘度減小，剪切應(yīng)力減小

 

2）聚合物分子量 Mw

 

τ c · Mw=K （Mw是平均分子質(zhì)量，K為常數(shù)）

 

即高分子質(zhì)量熔體比低分子質(zhì)量容易更容易發(fā)生熔體破裂

 

3）粘度η

 

粘度越低，發(fā)生熔體破裂的臨界剪切速率越高

 

4）通過逐漸變細口模入口，可以顯著提高擠出質(zhì)量，這使得外部擠出物無畸變發(fā)生速度大大高于臨界點（不過，可能存在一些內(nèi)部扭曲）。

 

不穩(wěn)定流動的測量

 

Goettfert毛細管流變儀

 

當(dāng)材料表面產(chǎn)生不光滑表面，則壓力會產(chǎn)生微小振動，通過測試壓力的微小振動，即可在人的肉眼無法觀察到的情況下，通過設(shè)備檢測材料不光滑表面。

 

 

 

如上圖，左邊結(jié)構(gòu)圖為傳統(tǒng)壓力傳感器測試圖，安裝位置在料筒內(nèi)，采用傳統(tǒng)壓力傳感器，采樣頻率較低，大約是10Hz。右圖結(jié)構(gòu)為不穩(wěn)定流動測試附件中，新型高頻壓力傳感器的安裝測試布局。新型壓力傳感器安裝在帶狀口模內(nèi)，直接測試熔體在口模內(nèi)的壓力變化情況，采用超高頻率壓力傳感器，頻率為20000Hz，是傳統(tǒng)壓力采樣頻率的2000倍，因此，壓力微小，快速的都能被采集到.

 

傳統(tǒng)壓力測試與最新快速檢測壓力波動對比圖

 

 

通常高頻壓力傳感器采集到的的原始數(shù)據(jù)為壓力-時間的實時數(shù)據(jù)，在表面狀態(tài)的分析中，會采取傅里葉變換進行數(shù)據(jù)處理，將時域轉(zhuǎn)換為頻域，即壓力-頻率。

 

從上圖看出，振幅越大，說明材料表面缺陷越嚴(yán)重，但是出現(xiàn)的頻率不會很高，上圖的缺陷1和缺陷2是影響材料表面光滑性很大的因素，在加工過程中要盡量避免出現(xiàn)這種缺陷。通過現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理，可以找到某種材料表面出現(xiàn)缺陷的剪切速率范圍，這樣在實際生產(chǎn)的過程中，盡量避免在出現(xiàn)缺陷剪切速率范圍內(nèi)加工材料。不穩(wěn)定流動測試單元是表面檢測預(yù)期非常有效的工具。