熔膠剪切黏度(shear viscosity)是塑料抵抗剪切流動的阻力,它是剪切應(yīng)力與剪變率的比值,。聚合物熔膠因長分子鏈接構(gòu)而具有高黏度,通常的黏度范圍介于2~3000 Pa(水為 10-1 Pa,玻璃為1020 Pa)。
以簡易之剪切流動說明聚合物熔膠黏度的定義
水是典型的牛頓流體,牛頓流體的黏度與溫度有關(guān)系,而與剪變率無關(guān)。但是,大多數(shù)聚合物熔膠屬于非牛頓流體,其黏度不僅與溫度有關(guān),也與剪切應(yīng)變率有關(guān)。
聚合物變形時,部份分子不再糾纏,分子鏈之間可以相互滑動,而且沿著作用力方向配向,結(jié)果,使得聚合物的流動阻力隨著變形而降低,此稱為剪變致稀行為(shearing-thinning behavior),它表示聚合物承受高剪變率時黏度會降低,也提供了聚合物熔膠加工便利性。例如,以兩倍壓力推動開放管線內(nèi)的水,水的流動速率也倍增。但是,以兩倍壓力推動開放管線內(nèi)的聚合物熔膠,其流動速率可能根據(jù)使用材料而增加2~15倍。
介紹了剪切黏度的觀念,再來看看射出成形時模穴內(nèi)的剪變率分布。一般而言,材料的連接層之間的相對移動愈快,剪變率也愈高,所以,典型的熔膠流動速度曲線如圖4-4(a),其在熔膠與模具的界面處具有z高的剪變率;或者,假如有聚合物凝固層,在固體與液體界面處具有z高的剪變率。另一方面,在塑件中心層因為對稱性流動,使得材料之間的相對移動趨近于零,剪變率也接近零,如圖4-4(b)所示。剪變率是一項重要的流動參數(shù),因為它會影響熔膠黏度和剪切熱(黏滯熱)的大小。射出成形制程的典型熔膠剪變范圍在102 ~105 1/s之間。
聚合物分子鏈的運動能力隨著溫度升高而提高,隨著剪變率升高與溫度升高,熔膠黏度會降低,而分子鏈運動能力的提升會促進較規(guī)則的分子鏈排列及降低分子鏈相互糾纏程度。此外,熔膠黏度也與壓力相關(guān),壓力愈大,熔膠愈黏。材料的流變性質(zhì)將剪切黏度表示為剪變率、溫度與壓力的函數(shù)。
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