2.1熔體破裂現(xiàn)象的機(jī)理分析

造成熔體破裂現(xiàn)象的機(jī)理十分復(fù)雜，肯定地說，它與熔體的非線性粘彈性、與分子鏈在剪切流場中的取向和解取向（構(gòu)象變化及分子鏈松弛的滯后性）、纏結(jié)和解纏結(jié)及外部工藝條件諸因素有關(guān)。

從形變能的觀點看，高分子液體的彈性是有限的，其彈性貯能本領(lǐng)也是有限的。當(dāng)外力作用速率很大，外界賦予液體的形變能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出液體可承受的極*，多余能量將以其它形式表現(xiàn)出來，其中產(chǎn)生新表面、消耗表面能是一種形式，即發(fā)生熔體破裂。

對HDPE型熔體，其流動時的應(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。低剪切速率時，熔體流過口模壁，在壁上無滑移，擠出過程正常。當(dāng)剪切速率增高到一定程度，由于模壁附近的應(yīng)力集中效應(yīng)突出，此處的流線會發(fā)生斷裂。又因為應(yīng)力集中使熔體貯能大大增加，當(dāng)能量累積到超過熔體與模壁之間的摩擦力所能承受的極*，將造成熔體沿模壁滑移，熔體突然增速（柱塞上壓力下降），同時釋放出能量。釋能后的熔體又會再次與模壁粘著，從而再集中能量，再發(fā)生滑移。這種過程周而復(fù)始，將造成聚合物熔體在模壁附近“時滑時粘”，造成平流段擠出壓力規(guī)律波動，表現(xiàn)在擠出物上呈現(xiàn)出竹節(jié)狀或套錐形的有規(guī)畸變。

當(dāng)剪切速率再增大時，熔體在模壁附近會出現(xiàn)“全滑動”，這時反而能得到表面光滑的擠出物，即所謂第二光滑擠出區(qū)。此時應(yīng)力集中效應(yīng)將轉(zhuǎn)到口模入口區(qū)。在*的剪切速率下，熔體流線在入口區(qū)就發(fā)生擾亂，這時的擠出物必然呈無規(guī)破裂狀。

壁滑現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理是由于吸附鏈與相鄰的自由鏈解纏結(jié)造成的，而在某種條件下纏結(jié)與解纏結(jié)之間的振蕩是產(chǎn)生鯊魚皮的原因。

管壁滑移現(xiàn)象多發(fā)生在高剪切、低粘附的管道邊界狀態(tài)中。臨界剪切應(yīng)力的大小因具體材料和邊界條件而異。據(jù)報道，對聚乙烯熔體，臨界剪切應(yīng)力的范圍為0.1-0.14MPa。

2.2影響熔體擠出破裂行為的因素

一切能夠影響熔體彈性的因素，都將影響聚合物熔體的擠出破裂行為。這些因素大致可分為三類：一是口模的形狀和尺寸；二是擠出成型過程的工藝條件；三是擠出物料的性質(zhì)。

2.2.1口模形狀、尺寸的影響

對于HDPE型流體，熔體破裂現(xiàn)象的原因在于模壁處的應(yīng)力集中效應(yīng)，因而對于一些特定的原料口模定型段長度越長，擠出物外觀有時反而不好。

2.2.2擠出工藝條件的影響

適當(dāng)升高熔體溫度是另一個典型例子。熔體溫度升高，粘度下降，會使松弛時間縮短，從而使擠出物外觀得以改善。因此在工廠中，升高料溫（特別是口模區(qū)溫度）是解決熔體破裂的快速補救辦法。

2.2.3物料性質(zhì)的影響

從材料角度看，平均分子量大的物料，zui大松弛時間較長，容易發(fā)生熔體破裂。而在平均分子量相等的條件下，分子量分布較寬的物料的擠出行為較好，發(fā)生熔體破裂的臨界剪切速率較高，這可能與寬分布試樣中低分子量級組分的增塑作用有關(guān)。

3、延緩或消除熔體破裂現(xiàn)象的方法

工業(yè)上消除熔體破裂的方法對不同材料可能并不相同，大體上有以下幾種：

3.1在聚合物熔體擠出時，zui先出現(xiàn)的破裂現(xiàn)象是鯊魚皮，而鯊魚皮的形成與口模的尺寸有關(guān)。所以，在模具設(shè)計時注意盡量考慮口模、芯模的直徑、長徑比等對鯊魚皮產(chǎn)生的影響。

3.2選擇特殊的口模材料，如合金鋼或其它材料，對口模材料進(jìn)行特殊處理，如滲N、鍍鉻處理等。

3.3根據(jù)聚合物選擇合適的加工助劑（如我廠原來使用的PPA），以改變流動邊界條件，可以減緩或消除熔體破裂。

以上僅是一些原則性的解決方法，根據(jù)我公司現(xiàn)狀建議將現(xiàn)有所有模口模芯重新處理，滲氮處理或表面鍍鉻，將一個整個PO250機(jī)頭重新處理滲氮或表面鍍鉻。對于滲氮或鍍鉻兩種方法請相關(guān)部門進(jìn)行調(diào)研試驗，以改進(jìn)目前生產(chǎn)現(xiàn)狀。

蘇州金韋爾機(jī)械

2012-9-14