續接(影響塑料融體黏度流動的因素(上)),此篇是有關於相對分子質量和添加劑的影響說明。相對分子質量的分布、分子鏈的支化程度和添加劑對融體的流動性影響不可忽視。

目錄
1. 相對分子質量和結構的影響
         a.   相對分子量
         b.   相對分子質量分布
         c.   支化(鏈支化)
2. 添加劑的影響
         a.填料
         b.短纖維
3. 聚合物融體的黏度影響因素及規律

1. 相對分子質量和結構的影響
在聚合物的射出加工中,相對分子質量對融體黏度有重要意義。這裡討論其黏度的關係,也同時討論相對分子質量分布寬度和支化的影響。

聚合物融體的流動是分子重心沿流動方向的位移。相對分子質量越大,分子鏈越長且包含的鏈段數目越多,流動位移越困難。因此,黏度隨著相對分子量的升高而增加。研究表明,各種聚合物有一臨界分子質量Mc。如(圖1)所示:

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(圖2)為各種聚合物的臨界相對分子質量Mc的實驗值。Mc明顯地依賴於各種高分子鏈的剛性。聚苯乙烯分子鏈的剛性比聚甲基丙烯酸甲酯大,更比聚乙烯大得多。大分子鏈的纏結是聚合物的重要結構特徵。重均相對分子質量Mw小於Mc時,鏈纏結有解纏現象,致使未能形成有效的擬網狀結構。
從成型加工考慮,降低物料的相對分子質量可以改善流動性,但會影響製品的力學性能。通常,射出成形用的相對分子質量較低;擠出成型用聚合物的相對分子質量較高;吹塑成型容器成型用的相對分子質量一般較低,為2~10萬;射出成型塑料的相對分子質量控制在纖維和橡膠之間。

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在相同的平均相對分子質量下,分子量分布寬的聚合物融體中,一些較大的長分子鏈所形成的纏結點,在剪切速率增大時,纏結的破壞作用明顯,黏度下降較分布窄的多些。
此外,分布寬的聚合物融體中低相對分子質量部分含量較多。在剪切流動中,低相對分子質量部份起潤滑增塑作用。在剪切速率提高時,黏度下降更為明顯。因此,相對分子質量分布寬的聚合物融體,更便於射出成形。但是過寬的相對分子質量分布,低相對分子質量級分含量過多,會給製品的力學性能帶量不良影響。

當相對分子質量相同時,分子鏈是直鏈型還是支鏈型及其他支化程度,對黏度也有影響。在零剪切速率下,低密度聚乙烯的黏度低於高密度聚乙烯。在射出流動的剪切速率10^2~10^4s^-1下,支鏈型密度聚乙烯的黏度比直鏈型高密度聚乙烯低。
對於低密度聚乙烯,因為支鏈短,使分子鏈之間距離增大,纏結點減少,在較高的剪切速率下,支化鏈破壞了分子鏈間的纏結作用,其黏度小於高密度聚乙烯。但是對於長支鏈,主鏈和長支鏈都能形成纏結點,會使黏度增大。

 

2. 添加劑的影響
射出成型的塑料常充填的添加劑是各種填料和短纖維,都會使流動融體的黏度增大。聚氯乙烯成型塑料添加增塑劑和潤滑劑,能改善其融體的流動性。

塑料中的田料不但填充了空間,降低了成本,而且改善了塑料的某些物理和力學性能。常見的填料有碳酸鈣、濤賭、鈦白粉和石英粉等。
填料的加入,一般會使聚合物融體的流動性降低。填料對融體流動性的影響與填料粒徑大小和顆粒的形狀等有關。粒子小的填料,會使其分散所需的能量較多,加工時流動性差;但製品的表面較光滑,強度高。反之,粒子大的填料,其分散性和流動性都較好;但製品的表面粗糙,強度下降。此外充填的聚合物融體流動性受眾多因素的影響,例如填料的類型及用量、表面處理劑的類型、填料與聚合物基體之間界面作用等。

短玻璃纖維增強塑料,必須以熔融狀態經射出加工後才能成型製品。在射出流動過程中,纖維充填直接增加塑料的黏度。而且纖維的運動狀態決定了固化後製品中纖維的取向。射出加工纖維的取向研究和控制,近幾年來已經取得很大的進展,已經能用電腦計算(模流分析軟體)預測取向。
熔融態的玻璃纖維增強塑料流動時,呈現剪切和拉伸應粒狀態。纖維含量的增加會提高液態物料的黏度,而且比為充填的聚合物呈現更大的非牛頓性。纖維充填塑料的取向比純聚合物更明顯。
年流態的纖維增強塑料在射出模具的流道和型腔間隙中流動時,沿流程的幾何形狀和尺寸改變,直接影響流動狀態,從而改變纖維和融體的取向。在截面收斂時,會使取向加劇。反之,流動方向的截面擴展時,會使短纖維轉向,甚至使纖維的取向與流動方向垂直。

 

3. 聚合物融體的黏度影響因素及規律
聚合物融體的黏度由兩個方面的因素來決定:

  1. 在聚合物融體內的自由體基,自由體基是聚合物中未被聚合物佔領的空隙,它是大分子鏈段進行擴散運動的場所,凡是能引起自由體積增大的因素均能活躍大分子的運動,並導致聚合融體的黏度降低。
  2. 大分子之間的纏結使得分子鏈的運動變得非常困難,因此凡是能減少這種纏結作用的因素,都能加速分子鏈的運動,並導致融體黏度的降低。

影響塑料融體流動的因素及規律如下(圖3)~(圖7)。

 

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以下資料是高分子材料的相關說明以及資料,有興趣的人可下載了解。

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