熔体强度与熔体破裂

熔体强度

聚合物的熔体强度是挤出加工和吹塑加工材料的重要特征。它取决于熔体粘度、熔体的高弹性能、聚合物分子量、温度以及其它技术参数。对于制造大尺寸吹塑制件、较大尺寸和重量的管状熔体加工设备是非常重要的。熔体胀大效应和熔体强度对模具的选择和加工过程技术参数的选择很重要，以保证生产高质量的产品。

对于LDPE/LLDPE体系的研究发现，分子结构对聚合物熔体的性质影响非常大，链上含有星状结构支链的聚合物对施加于熔体上的剪切力更敏感。在LLDPE中加入梳状或者星状高分子，通过改变加入的梳状高分子的浓度以及改变梳状高分子的大分子支化度，可以有效地控制共混物的熔体强度和粘度。在LLDPE中加入10%的梳状高分子（乙烯与己烯的共聚物），聚合物的熔体强度可以增加一个数量级，而共混物的熔体流动指数变化较小。

为了测定聚合物的熔体强度，可以在毛细管流变仪上加装特殊装置。其测量的原理是：聚合物熔体的挤出料条通过两个反向旋转的夹辊的辊隙，夹辊以一定的加速度旋转，将聚合物熔体断裂时的最大外力定义为熔体强度。此外，由于聚合物熔体在一定剪切力和热效应作用下离开具有一定几何形状的毛细管后，达到一定长度时将在自身重力下断裂，因此这一过程也可以用于测量熔体强度。熔体强度定义为挤出熔体的质量与毛细管横截面积之比（在找个定义下，可以排除难以测量挤出物横截面积而导致的误差）。

熔体破裂

熔体破裂是高分子材料加工时会出现的现象。实验表明，高分子熔体从口模挤出时，当挤出速率过高，达到某一临界剪切速率时的，容易造成弹性湍流，导致流动不稳定，挤出物表面粗糙。随着挤出速度的增大，可能分别出现波浪形、鲨鱼皮形、螺旋形等畸变，最后导致完全无规则的挤出物断裂。

聚乙烯在挤出过程中发生的熔体破裂现象见下图：

 

下图给出了高聚物在不同速度下挤出物外观示意图：(a)在低于临界剪切速率时，高聚物熔体挤出物的表面光滑；(b)、(c)、(d)当剪切速率超过某一临界值时，就容易出现弹性湍流，导致流动不稳地，随着剪切速率的增加，挤出物的外观一次出现便秘粗糙（如鲨鱼皮状或桔子皮状）、尺寸周期性起伏（如波纹状、竹节状和螺旋状）不规则挤出物；(e)最后导致完全无规则的挤出物断裂，称为熔体破裂。

 

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。出现熔体破裂的临界剪切速率取决于分子结构和剪切历史。