熔体破裂

挤出表面出现凹凸不平或外形发生畸变以至支离或断裂的总称。其起因在于挤出时所用的剪应力过高。以致熔体各点所表现的弹性应变不一致。从而使挤出物在弹性恢复过程中出现畸变,以致断裂的现象。
熔体强度是指熔融的聚合物能否很好的支持自身重量的量度指标和加工工艺性关系密切,熔体强度随分子量的增加而增加,随MWD的加宽而增加。 如果熔体强度过小,那么在加工的时候就很容易造成熔体的破裂,制品表面不光滑,形成鲨鱼皮!
熔体破裂现象
  高聚物熔体在挤出过程中,当剪切速率或剪切应力超过某一临界值时挤出物的外观由光滑而变得粗糙、呈竹节状,甚至碎块状,这就是熔体破裂现象。导致熔体破裂的原因至今仍不完全清楚,一般有两种说法,其一是高聚物熔体的流道壁面滑移现象〔1〕;其二是口模内熔体各点受力作用的历史不同〔2〕。熔体破裂发生的区域通常是入口区、流道壁面、以及出口区。研究表明:熔体破裂畸变的量值随口模入口的流线程度提高而减小〔3〕,因此,口模设计时,应尽量减小口模入口角。
  由于存在临界剪切速率或临界剪切应力,所以,挤出成型过程中,一般应以达到临界剪切
速率或临界剪切应力的挤出速率作为挤出的上限速率,口模设计时应考虑这一点。
熔体破裂是指当一定熔融体流动速率的聚合物熔体,在恒温下通过喷嘴孔时其流速超过某值后,熔体表面发生明显横向的裂纹.
对制品的影响:1外观2力学性能
 处理方法:增大喷嘴,浇道,进料口截面,减少注塑速度,提高料温.
底料韧性太差
熔体破裂( Melt Fracture),剪切应力超过临界剪切应力后引起的熔体破裂。
一般发生在分子量分布比较窄的LLDPE中。
可以是共挤中层与层之间的剪切应力超过剪切应力(这个时候一般引起透明度下降,在国外的文章中一般叫这种为MATT;或者ORANGE PELL)
也可以是熔体与模具表面的剪切应力大引起的(这个时候,一般表现为表面出现连续的鲨鱼皮现象,一般叫SHARKSKIN)
另外还有slip-stick和gross fracture两种熔体破裂,slip-stick一般表现为间歇性鲨鱼皮,gro
ss fracture一般表现为膜泡葫芦形。
一般在大家的口中的熔体破裂指的是第二中,就是sharkskin;

熔体破裂的影响因素;如如下3张图显示:
1,图1所示:同样的温度,口模间隙,MI越高越不容易出现熔体破裂;
2,图2所示:同样的温度,口模间隙越大,越不容易出现熔体破裂;
3,图3所示:同样的口模间隙下,温度越高,越不容易出现熔体破裂;
4,三张图都表明,挤出量越大越容易出现熔体破裂。
熔体破裂
  聚合物熔体在导管中流动时,如剪切速率大于某一极限值,往住产生不稳定流动,挤出物表面出现凹凸不平或外形发生竹节状、螺旋状等畸变.以至支离、断裂,统称为熔体破裂。[1]
机理
  熔体破裂的机理目前尚无统一认识,但各种假定都认为这也是高分子熔体弹性行为的表现[2]
课堂内外高中版  这里只介绍一种j假说:
  机头定型段表面有一定粗糙度,此外定型段表面通常含有杂质,这对聚合物熔体与定型段表面粘附的寿命有不利影响。另一方面,高粘弹性的熔体在定型段的间隙中产生了剪切应力及两个非零的法向应力。随着流速的提高,分子在流速方向上发生一定取向,从而阻碍了聚合物分子尺寸与机头表面粗糙面尺寸完全一致;更重要的是,这这会增大界面处熔体的应力。粘弹性力的增加,增加了熔体与界面分离的趋势。所以当应力超过某一值时,分子链与机头表面出现滑移。这种滑移会影响熔体的流变学特性,使得流动不稳定,因而挤出物表面会出现各种不均匀性。
改善方法
  将口模入口角变成圆角,减小应力集中现象。
  根据聚合物本身性质,调整口模定型长度,比如对于LDPE就要减小口模定型长,HDPE
则要增加。
  改善口型区的表面光滑度。
  适度提高加工温度
  加入加工助剂
第三节  聚合物熔体的弹性
聚合物熔体在流动过程中,不仅产生不可逆的塑性形变,同时伴有可逆的高弹形变,并同样具有松弛特性,这是聚合物熔体区别于小分子流体的重要特点之一。当聚合物的相对摩尔质量很大、外力对其作用的时间很短或速度很快、温度稍高于熔点或粘流时,产生的弹性形变特别显著。
一、几种典型的熔体弹性现象
(一)爬杆效应(韦森堡效应)
爬杆效应:当聚合物熔体或浓溶液在容器中进行搅拌时,因受到旋转剪切的作用,流体会沿内筒壁或轴上升,发生包轴或爬杆现象。
爬杆现象产生的原因:法向应力差
退出机制m12s冲锋(二)挤出胀大现象
挤出胀大现象:当聚合物熔体从喷丝板小孔、毛细管或狭缝中挤出时,挤出物的直径或厚度会明显地大于模口尺寸,有时会胀大两倍以上,这种现象称作挤出物胀大现象,或称巴拉斯(Barus)效应。
(三)不稳定流动-熔体破裂现象
聚合物熔体在挤出时,当剪切速率过大超过某临介值时,随剪切速率的继续增大,挤出物的外观将依次出现表面粗糙、不光滑、粗细不均,周期性起伏,直至破裂成碎块这些现象统称为不稳定流动或弹性湍流,其中最严重的为熔体破裂。
二、熔体弹性的表征
(一)法向应力差
当流体处于稳态剪切流动时,如果从中切出一个立方小体积元,并规定空间方向1为流体流动的方向,方向2与层流平面垂直,方向3垂直于方向1和方向2。
对于小分子液体(纯粘性液体),三个分量相等,即
undefinedundefinedundefinedundefined钱复业undefinedundefined-=P
它们的第一法向应力差N1undefinedundefined-undefinedundefined=0,第二法向应力差N2undefinedundefined-undefinedundefined=0。
聚合物熔体在作切流动时则同时伴有弹性形变,因此undefinedundefinedundefinedundefinedundefinedundefined,则
N1undefinedundefined-undefinedundefinedundefinedundefinedundefinedundefinedundefinedundefinedundefined
N2undefinedundefined-undefinedundefinedundefinedundefinedundefinedundefinedu
ndefined很小,并为负值
式中,张飞跃种子和分别为第一和第二法向应力系数,聚合物熔体的N1为正值,说明大分子链的取向引起的拉伸力与流线平行。N1和|N2|都随切变速率的增加而增加。
(二)胀大比(B)
挤出物胀大是聚合物熔体的弹性表现之一,通常采用胀大比B表征其胀大现象,B定义为挤出物直径的最大值Dmax与口模直径Do之比。B=Dmax/Do
大则可认为完全因剪切流动所引起,因而B和N1之间将存在某种关系,已提出的理论关系式很多,其中与实验数据较符合的是Tanner方式:
(N1/τ)2=2[(B-0.1)6-1]
(三)高弹湍流的临界条件
造成熔体不稳定流动的重要原因为熔体的弹性,对于小分子液体,在较高的雷诺数下,液体运动的动能达到或超过克服粘滞阻力的流动能量时,则发生湍流;对于高分子熔体,粘
度高.粘滞阻力大,在较高的剪切速率下,弹性形变增大,当弹性变形的储能达到或超过克服粘滞阻力的流动能量时,导致不稳定流动的发生。将聚合物这种因弹性形变储能引起的湍流称为高弹湍流。
1、临界剪切应力(τ)c
熔体挤出时,当剪切应力接近105/时,往往使挤出物出现熔体破裂现象。以不同聚合物熔体出现不稳定流动时的剪切应力取其平均值可得到(τ)c=1.25×105/
2、“弹性雷诺数”-韦森堡值
“弹性雷诺数”Nw又称韦森堡值,该准数将熔体破裂的条件与分子本身的松弛时间τ和外界剪切速率γ关联起来,即
Nw=τγ(无量纲)
式中τη/G(η-聚合物熔体的粘度,G-聚合物熔体的弹性剪切模量)
当Nw<1时,液体为粘性流动,弹性形变很小;
Nw=1~7时,液体为稳态粘弹性流体;
Nw>7时,液体为不稳定流动或弹性湍流。
3、临界粘度降(ηm)c
随着剪切速率的增大,当熔体粘度降至零切粘度的0.025倍时,则发生熔体破裂
(ηm)c=0.225ηo
聚合物的熔体弹性引起的挤出胀大及不稳定流动,均将影响制品的尺寸及性能,加工成型时必须加以注意。
聚合物加工中的“鲨鱼皮”症(熔体破裂)
(1)鲨鱼皮症哈尔滨医科大学学报
鲨鱼皮症是发生在挤出物表面上的一种缺陷.其形貌多种多样,随不稳定流动的程度而异:从表面发生闷光到垂直于挤出方向上规则间隔的深纹,这些深纹以人字形、鱼鳞状到
鳖鱼皮不等,或密或疏。原因是挤压口模对挤出物表面所产生的周期性的张力和流体在管壁上的滑移(时粘时结的间断性流动)的结果。
前者可解释为:管壁处的料流在出口处必须迅速加速到与其他部位挤出物一样高的速度,这个加速度会产生很高的局部应力,这样在管口壁对挤出物时大时小的周期性的拉应力作用下,挤出物表面的移动速度也时快时慢,从而产生了鳖鱼皮症。后者可解释为:流体在导管中流动时,在管壁处的速度梯度最大,因而大分子的弹性形变也比中心部分大,一旦发生应力松弛时,就必然引起熔体在管壁上周期性的滑移。
2)熔体破裂
聚合物熔体在导管中流动时,如剪切速率大于某一极限值,往住产生不稳定流动,挤出物表面出现凹凸不平或外形发生竹节状、螺旋状等畸变.以至支离、断裂,统称为熔体破裂。

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