1　聚合物流動(dòng)性能的影響機(jī)理

1.1　黏度模型

       高分子聚合物的熔體是黏性流體，流體的流動(dòng)行為與溫度、外作用力以及材料的性質(zhì)有關(guān)，按照流體的流動(dòng)類型可分為非牛頓流體和牛頓流體。其中，牛頓流體是指在力的作用下容易發(fā)生變形的低黏性流體。其流動(dòng)服從牛頓定律，即剪切應(yīng)力隨剪切速率線性變化，而黏度不隨剪切速率變化;對(duì)于非牛頓流體，其剪切應(yīng)力與剪切速率不是線性關(guān)系，黏度隨著剪切速率變化，其流動(dòng)情況可由多個(gè)黏度模型來描述，塑料熔體是典型的非牛頓流體。目前較常用的黏度模型主要有：Power-Low 模型、Cross-Arrhenius 模型、Cross-WLF 模型。Power-Low 模型簡(jiǎn)單，在較高剪切速率時(shí)，可較好地描述材料的黏度，但在低剪切速率段，與實(shí)際情況存在較大誤差，無法預(yù)測(cè)零剪切黏度。Cross 黏度模型在聚合物熔體流動(dòng)分析中得到了廣泛應(yīng)用，其中Cross-Arrhenius 模型和 Cross-WLF 模型對(duì)于很寬剪切速率范圍內(nèi)熔體黏度變化規(guī)律都能精確地描述，但當(dāng)熔體溫度接近和低于聚合物黏流溫度時(shí)，運(yùn)用Cross-WLF 黏度模型更適合。在本實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用了Cross-WLF 模型。

1.2　影響熔體流動(dòng)性的因素

(1) 熔體的相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)黏度的影響。

       在溫度相同的情況下，對(duì)于相對(duì)分子質(zhì)量較大的聚合物，其大分子鏈重心移動(dòng)相對(duì)困難，黏度大，聚合物分子鏈的剛性越大，黏度對(duì)溫度的變化就越敏感;相對(duì)于線型高分子來講，支鏈型大分子分子間距離越大，相互作用力就越小;支鏈越多、越短，熔體流動(dòng)的空間位阻就越小，黏度也就較低，容易流動(dòng)。因此在生產(chǎn)中常通過加入低分子物質(zhì)的方法來降低高分子量聚合物的黏度，改善其加工性能。

(2) 溫度對(duì)黏度的影響。

       在聚合物注塑成型過程中，當(dāng)溫度低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，聚合物分子自由體積保持恒定，隨著溫度增加導(dǎo)致的體積變化是大分子鏈段振動(dòng)的結(jié)果;但當(dāng)溫度超過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度之后，大鏈段表現(xiàn)出整個(gè)鏈段的移動(dòng)，鏈段之間的自由體積增加，聚合物體積膨脹，大分子之間的自由空間增加，范德華力減小，大分子的變形和流動(dòng)變得更加容易，宏觀上體現(xiàn)為聚合物的黏度降低，流動(dòng)性增加。

(3) 壓力對(duì)黏度的影響。

       聚合物熔體在注塑過程中，受到內(nèi)部靜壓力和外部動(dòng)壓力的聯(lián)合作用。保壓補(bǔ)縮階段聚合物承受的壓力較高，在這種高壓的作用下，分子鏈段間的自由體積縮小使得分子間作用力加強(qiáng)，熔體的黏度加強(qiáng)，但是另一方面，增加壓力可以克服噴嘴處的摩擦阻力，提高注塑速度，所以一定程度上又會(huì)提高熔體的流動(dòng)性，因此在注塑過程中，如果適當(dāng)增加成型壓力，也會(huì)促進(jìn)熔體流動(dòng)。由上述各理論可以定性說明熔體的黏度與注塑過程的各工藝參數(shù)息息相關(guān)。

1.3　注塑工藝參數(shù)對(duì)熔體流動(dòng)性的影響預(yù)測(cè)對(duì)于本實(shí)驗(yàn)而言，注塑溫度和注塑壓力顯然是

       影響流動(dòng)性的關(guān)鍵性因素，注塑速率和保壓壓力對(duì)其影響有限。這是因?yàn)樯吡蠝氐耐瑫r(shí)增加了聚合物的塑化程度，導(dǎo)致黏度降低，熔體變得易于流動(dòng)，型腔壓力值增大，料溫越高，流動(dòng)性能越好，表明熔體的流動(dòng)與料溫有很大關(guān)系。而增加注塑壓力，熔體充填型腔的百分比會(huì)隨之增大，因而流動(dòng)性越好。保壓壓力的增大通常可以提高產(chǎn)品的致密程度，有利于補(bǔ)縮和流動(dòng)末端的充填，但對(duì)材料本身的流動(dòng)性影響程度較小，充填速度增大也會(huì)有利于熔體流動(dòng)性能的提高，但對(duì)于壁厚較薄的制件(2 mm)，前段熔體會(huì)過早冷卻固化，這樣會(huì)加大充填阻力，不利于熔體的流動(dòng)，所以注塑速度對(duì)于流動(dòng)性能的影響有限。

       綜上可以預(yù)測(cè)，注塑溫度和注塑壓力對(duì)聚合物熔體影響程度最大，注塑速率和保壓壓力次之。對(duì)于本實(shí)驗(yàn)，由于CF 的加入增加了體系的相對(duì)分子質(zhì)量，從而降低了熔體的流動(dòng)性，同時(shí)，CF在熔體內(nèi)的取向、結(jié)構(gòu)是影響體系流動(dòng)的主要因素。

      一方面通過調(diào)整注塑溫度和壓力可降低熔體的黏度，另一方面提高纖維在熔體內(nèi)部的取向性，可降低流動(dòng)阻力。

2　工藝參數(shù)對(duì)PP/CF 復(fù)合材料流動(dòng)性的影響。

       PP 流動(dòng)性能優(yōu)良，但加入了CF 后，降低了熔體流動(dòng)性，進(jìn)而給其注塑生產(chǎn)帶來困難，生產(chǎn)中可以通過調(diào)整注塑工藝參數(shù)、改變?nèi)垠w體系結(jié)構(gòu)以及纖維取向，以達(dá)到降低黏度、提高制品質(zhì)量的目的。

3　結(jié)論

      (1) 在PP/CF 復(fù)合材料的注塑生產(chǎn)中，注塑壓力和注塑溫度對(duì)于熔體的流動(dòng)性能影響較大，保壓壓力以及注塑速度對(duì)流動(dòng)性的影響較小。

      (2) 隨著CF 含量的增加，注塑壓力對(duì)于熔體的流動(dòng)性能影響越來越顯著，其它三種因素的影響程度都有不同程度的下降。

      (3) 隨著CF 含量的增加，材料的MFR 和螺旋線流動(dòng)長(zhǎng)度隨之降低，降低的速度是先快后慢的。

      (4) 實(shí)際注塑生產(chǎn)中，通過調(diào)整注塑壓力以及熔體溫度來調(diào)整熔體的流動(dòng)性比調(diào)整注塑速率或保壓壓力靈敏的多，可以通過調(diào)整溫度和壓力以獲得充填良好的制品。