影响塑料熔体粘度的因素

1、塑料熔体的剪切变稀塑料熔体为非牛顿流体， 一个与注射成型密切相关的加工性是塑料熔 体的剪切变稀， 流体的粘度不随剪切速率变化而变化， 这种流体称之 为牛顿流体，如水、气体、低分子化合物液体或溶液为典型的牛顿流 体，如果流体的粘度依赖于对其的剪切速率， 这样的流体为非牛顿流 体，大部分塑料熔体表现为非牛顿流体的特性。 非牛顿流体也有多种， 塑料在熔融状态下表现出来的特性在图 4 的坐标中，呈现的是一条切 应力先迅速上升而后缓慢上升的曲线， 并且不存在屈服应力， 这就是 塑料熔体剪切变稀的流动特性。 即剪切速率的增加要比切应力的增加 来得快，如图 4 所示。与之相对应的是剪切变厚的现象。 但是常见

2、的塑料熔体都呈现的是剪 切变稀，也就是随着剪切速率的增加，熔体的粘度要降低，粘度降低 有助于塑料熔体在模具型腔中的流动和填充。注塑过程中塑料要通过料筒加热， 然后经过注塑机的喷嘴， 进入模具 的主流道，流道以及模具的浇口，最后进入型腔。熔体经过各个部分 的剪切速率和粘度关系如图 5 所示，该图表明，塑料熔体在料筒中粘 度较高，流动速度也小，到达浇口后，由于浇口的收缩作用，使得熔 体流动速度增加，增大了剪切速率，降低了熔体的粘度，有利于熔体 的充模。宽MW树脂比窄分布树脂剪切变稀程度大。影响粘度的几个因素 粘度是塑料加工性最重要的基本概念之一，是对流动性的定量表示， 影响粘度的因素有熔体温度、压

3、力、剪切速率以及相对分子质量等， 下面分别叙述。（ 1）温度的影响由前面的分析已经知道，塑料的粘度是剪切速率的函数，但是，塑料的粘度同时也受到温度的影响。所以，只有 剪切速率恒定时，研究温度对粘度的影响才有实际意义。一般说，塑 料熔体粘度的敏感性要比对剪切作用敏感强。 研究表明， 随着温度的 升高，塑料熔体的粘度呈指数函数方式下降。这是因为，温度升高， 必然使得分子间， 分子链间的运动加快， 从而使得塑料分子链之间的 缠绕降低，分子之间的距离增大，从而导致粘度降低。易于成型，但 制品收缩率大，还会引起分解，温度太低，熔体粘度大，流动困难， 成型性差，并且弹性大，也会使制品的形状稳定性差。但是不

4、同的塑料粘度对于温度的程度不同。聚甲醛对温度的变 化最不敏感，其次是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯，最敏感的要数乙酸 纤维素，表 1 中列出了一些常用塑料对于温度的敏感程度。 非常敏感 的塑料，温控十分重要，否则粘度较大变化，使操作不稳定，影响产 品质量。表 1 一些塑料粘度受温度的影响程度塑料 CA PS PP PE POM对温度敏感度 最高 较高 高 一般 差 在实用中， 对于温度敏感性好的熔体， 可以考虑在成型过程中提高塑料的成型温度来改善塑料的流动性能，如PMMAPG CA PA。但是对于敏感性差的塑料， 提高温度对于改善流动性能并不明显， 所以一 般不采用提高温度的办法来改进其流动特性。如

5、POM和PE PP等非极性塑料，即使温度升幅度很大，粘度却降低很小。还有，提高温度 必须受到一定条件的限制， 就是成型温度必须在塑料允许的成型温度 范围之内，否则，塑料就会发生降解。成型设备损耗大，工作条件恶 化，得不偿失。利用活化能的大小来表达物料的粘度和温度的关系， 有定量意义。表 2 为一些塑料在低剪切速率下的活化能。表 2 一些塑料的活化能kJ/mol塑料 HDPE PP LDPE PS ABS PC活化能 26.5 29.4 37.8 40 49.1 105 88.2109.2 109.2 126（2）压力的影响塑料熔体内部的分子之间、分子链之间具有微小的空间，即所谓的自由体积。因此

6、塑料是可以压缩的。注射过程 中，塑料受到的外部压力最大可以达到几十甚至几百MPa。在此压力作用下，大分子之间的距离减小，链段活动范围减小，分子间距离 缩小，分子间的作用力增加，致使链间的错动则更为困难，表现为整 体粘度增大。但是不同塑料在同样的压力下， 粘度的增大程度并不相同。 聚苯乙烯 (PS对于压力的敏感程度最高，即增加压力时，粘度增加得很快。 高密度聚乙烯与低密度聚乙烯相比， 压力对粘度的影响较小， 聚丙烯 受压力的影响相当于中等程度的聚乙烯。增加压力引起粘度增加这一事实表明， 单纯通过增加压力去提高 塑料熔体的流量是不恰当的。 过高的压力不仅不能明显地改善流体的 填充，而且由于粘度的增

7、加，填充性能有时还会有下降的可能，不仅 造成过多的功率损耗和过大的设备磨损， 还会引起溢料和增加制品内 应力等弊病。此外，压力过高，还会出现制品变形等注塑缺陷，导致 功率的过度消耗。但压力过低则会造成缺料。 结合温度对于粘度的影响可以发现，在塑料的正常加工参数范围内， 增加压力对塑料熔体粘度的影响和降低温度对于塑料粘度的影响效 果相似。例如对于很多塑料，当压力增加到 100 MPa时，其粘度的变 化相当于降低温度3050C的作用。 几种塑料对于压力的敏感程度如表 3所示。表 3 压力对塑料熔体粘度的影响序号 名称 熔体温度/C压力变化范围/MPa粘度增大倍数1 PS 196 0 1 26.6

8、1342 PS 180 14 175.9 1003 PE 149 0 1 26.6 144 HDPE 14 175.8 4.15 LDPE 14 175.8 5.66 MDPE 14 175.8 6.87 PP 14 175.8 7.3（ 3）剪切速率的影响 随着剪切速率的加大，塑料的粘度一般 降低。但在剪切速率很低和很高的情况下， 粘度几乎不随剪切速率变 化而变化。在温度和压力一定前提下，不同塑料粘度降低程度不相同。或者说， 尽管大多数塑料熔体的粘度是随着剪切速率的增加而下降的， 但是不 同的塑料对剪切速率（切应力）的敏感程度是不一样的。几种常用塑料的粘度对于剪切速率的敏感性如表 4 所示。

9、表 4 塑料熔体粘度对剪切速率的敏感度序号 塑料 敏感度1 ABS （最敏感）对剪切的敏感度依次降低2 PC3 PMMA4 PVC5 PA6 PP7 PS8 LDPE （最不敏感）这一点对使用的启示是： 在一定的剪切速率范围内， 提高剪切速率会 显著降低塑料的粘度，改善其流动性能。尽管如此，宁可选择在熔体 粘度对剪切速率不太敏感的范围进行工艺调整， 否则因为剪切速率的 波动，会造成加工不稳定和塑料制品质量上的缺陷。( 4)塑料结构的影响对于塑料，在给定温度下，随着相对平均分子质量的增大，塑料的粘度增大。相对分子质量越大，分子间作 用力越强，于是粘度也高。塑料的相对分子质量越小， 粘度对于剪切速率的依赖程度越小； 分子 量越大，粘度对于剪切速率的依赖程度越大。 分子量分布宽的树脂和 双峯分子量分布树脂熔体粘度低和加工性优良。 因为低分子量链部分 有利于提高树脂熔体流动性。( 5)低分子量添加剂的影响低分子可降低大分子链间的作用力，起“润滑”作用因而使熔体粘度减少，同时降低了粘流化温度。 如加入增塑剂和溶剂，使树脂易于充模成型。表 5 常用塑料改进流动性能的方法塑料 改进方法 塑料 改进方法PE 提高螺杆速度 PS 选非结晶型牌号PP 提高螺杆速度 ABS 提高温度PA 提高温度 PVC 提高温度POM提高螺杆速度PMMA提高温度PC 提高温度总之，聚合物熔体粘度的大小直接影